KR20080043735A - Oct using spectrally resolved bandwidth - Google Patents

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KR20080043735A
KR20080043735A KR1020077028458A KR20077028458A KR20080043735A KR 20080043735 A KR20080043735 A KR 20080043735A KR 1020077028458 A KR1020077028458 A KR 1020077028458A KR 20077028458 A KR20077028458 A KR 20077028458A KR 20080043735 A KR20080043735 A KR 20080043735A
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마르크 디. 펠드만
토마스 이. 밀너
오정환
김은하
카르씨크 쿠마
크리스 콘디트
로버트 그랜트
네이트 켐프
김지현
샤오첸 첸
한리신
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보오드 오브 리젠츠, 더 유니버시티 오브 텍사스 시스템
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Abstract

A system for optical coherence tomographic imaging of turbid materials utilizing multiple channels of information comprising spatial, angle, spectral and polarization domains. The multichannel optical coherence tomographic methods can be incorporated into an endoscopic probe for imaging a patient. The endoscope comprises an optical fiber array and can comprise a plurality of optical fibers adapted to be disposed in the patient. The optical fiber array transmits the light from the light source Into the patient, and transmits the light reflected by the patient out of the patient. The plurality of optical fibers in the array are in optical communication with the light source. The multichannel optical coherence tomography system comprises a detector for receiving the light from the array and analyzing the light. The methods and apparatus may be applied for imaging a vessel, biliary, GU and/or Gl tract of a patient.

Description

스펙트럼으로 분해된 대역폭을 사용하는 OCT{OCT USING SPECTRALLY RESOLVED BANDWIDTH}OCT USing Spectrally Decomposed Bandwidth {OCT USING SPECTRALLY RESOLVED BANDWIDTH}

본 발명은 정보의 복수 채널들을 사용하여 혼탁한(turbid)(즉, 산란성의) 물질의 광학 간섭 단층 이미지화(optical coherence tomographic imaging)를 위한 시스템에 관한 것이다. 정보의 복수 채널들이 포함될 수 있고 그리고 공간 영역, 각도 영역, 스펙트럼 영역, 및 편광 영역을 포함할 수 있다. 더 특별하게는, 본 발명은, 혼탁한 물질들의 광학 간섭 단층 이미지화를 위한 스펙트럼 정보의 복수의 채널들을, 제공할 수 있는 광학 소스, 처리할 수 있는 시스템, 또는 기록할 수 있는 수신기를 사용하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 이러한 방법 및 장치에서, 소스에 의해 제공될 수 있고, 시스템에 의해 처리될 수 있고, 또는 수신기에 의해 기록될 수 있는 스펙트럼 정보의 복수의 채널들은 단층 촬영으로 이미지화되는 혼탁한 물질과 관련된 공간적 정보, 스펙트럼 정보, 또는 편광계 정보를 동시에 운반하는 데 사용된다.The present invention relates to a system for optical coherence tomographic imaging of turbid (ie, scattering) material using multiple channels of information. Multiple channels of information may be included and may include spatial domain, angular domain, spectral domain, and polarization domain. More particularly, the present invention provides an optical source capable of providing a plurality of channels of spectral information for optical coherence tomographic imaging of cloudy materials, a processable system, or a method capable of recording a receiver. And to an apparatus. In such a method and apparatus, a plurality of channels of spectral information, which may be provided by a source, processed by a system, or recorded by a receiver, may include spatial information associated with a cloudy material imaged by tomography, It is used to carry spectral information, or polarimeter information simultaneously.

복수채널 광학 간섭 단층 촬영 방법은 환자를 이미지화하기 위한 내시경 프로브 안으로 통합될 수 있다. 내시경은 광섬유 어레이(optical fiber array)를 포함하고 그리고 환자 체내에 배치되기에 적합한 복수의 광섬유를 포함할 수 있다. 광섬유 어레이는 광 소스(light source)로부터의 광을 환자에 전달하고, 그리고 환 자로부터 환자에 의해 반사된 광을 전달한다. 이 어레이 내의 복수의 광섬유는 광 소스와 광학적 통신을 한다. 복수채널 광학 간섭 단층 촬영 시스템은 이 어레이로부터의 광을 수신하고 이 광을 분석하기 위한 검출기를 포함한다. 이 방법과 장치는 환자의 혈관, 담관, GU 및/또는 GI 기관을 이미지화하는데 적용될 수 있다.The multichannel optical coherence tomography method can be integrated into an endoscope probe for imaging a patient. The endoscope may include an optical fiber array and may include a plurality of optical fibers suitable for placement in the patient body. The optical fiber array delivers light from the light source to the patient and delivers light reflected by the patient from the patient. The plurality of optical fibers in this array are in optical communication with the light source. The multichannel optical coherence tomography system includes a detector for receiving light from the array and analyzing the light. The method and apparatus may be applied to image a patient's blood vessels, bile ducts, GU and / or GI organs.

심근 경색 또는 심장 마비는 우리 사회에서의 죽음의 주요 원인이다. 불행하게도, 우리들 대부분은 심근 경색을 앓고 있는 가족 또는 가까운 친구를 볼 수 있다. 최근까지 많은 연구원들은 전체 폐색으로 계속해서 진행하는 아테롬성 동맥 경화 플라크(plaque)로 임계적으로 차단된 관상 동맥이 심근 경색에 대한 주요 메커니즘이라고 알고 있다. 그러나, 많은 조사 연구로부터 나오는 최근 증거는 대부분의 경색이 갑작스러운 플라크 파열로 인한 비-임계적으로 협착된 관상 동맥의 갑작스러운 파열 때문인 것을 명확히 보여준다. 예를 들어, Little과 동료들(Little, WC, Downes, TR, Applegate, RJ. The underlying coronary lesion in myocardial infarction: implications for coronary angiography. Clin Cardiol 1991; 14: 868-874, 이것은 본 명세서에 참조로 통합됨)은, 급성 플라크 파열을 앓고 있는 환자들의 대략 70%가 이전의 관상 혈관 조영 촬영에 의해 밝혀진 바와 같이 50%보다 작게 폐색된 플라크 상에서 개시되는 것을 관찰했다. 이러한 관측 및 유사한 관측이 다른 연구원들(Nissen, S. Coronary angiography and intravascular ultrasound. Am J Cardiol 2001; 87 (suppl) : 15A - 2OA, 이것은 본 명세서에 참조로 통합됨)에 의해 확인되었다.Myocardial infarction or heart failure is the leading cause of death in our society. Unfortunately, most of us can see family members or close friends suffering from myocardial infarction. Until recently, many researchers knew that coronary arteries that were critically blocked by atherosclerosis plaques that continued to full occlusion were the main mechanisms for myocardial infarction. However, recent evidence from many investigative studies clearly shows that most infarcts are due to sudden rupture of non-critically constricted coronary arteries due to sudden plaque rupture. For example, Little and colleagues (Little, WC, Downes, TR , Applegate, RJ The underlying coronary lesion in myocardial infarction:.. Implications for coronary angiography Clin Cardiol 1991; 14: 868-874, which is incorporated herein by reference), indicates that approximately 70% of patients suffering from acute plaque rupture are initiated on occluded plaques less than 50% as revealed by previous coronary angiography. Observed. These and similar observations were confirmed by other researchers (Nissen, S. Coronary angiography and intravascular ultrasound. Am J Cardiol 2001; 87 (suppl): 15A-2OA, which is incorporated herein by reference).

이러한 불안정한 플라크들을 식별하는 기술을 개발함으로써 종종 조기 사망을 일으키는 급성 관상 동맥 증후군의 발생을 실질적으로 감소시킬 수 있다. 불행하게도, 어느 관상 플라크들이 손상되기 쉽고 따라서 파열하기 쉬운지를 특정하기 위해 적용될 수 있는 그 어떤 방법도 현재까지 심장 전문의에게 이용가능하지 않다. 수년 동안 더 큰 심혈관 위험에 있는 환자를 알아내기 위해 운동부하 검사(treadmill testing)이 사용되었지만, 이러한 방법은 파열하기 쉽고 종종 심근 경색을 일으키는 손상되기 쉬운 플라크와 안정된 플라크 간을 구별하기 위한 특이성을 가지지 않는다. (시체 해부에서 결정된) 불안정한 플라크들의 병리학에 관한 매우 많은 양의 정보가 존재하기 때문에 손상되기 쉬운 플라크의 잘 설명된 병리학적 현상을 식별하는 것에 기초를 둔 기술이 이러한 문제를 해결하기 위해 장래성 있는 긴 기간의 전략을 세울 수 있게 한다.Developing a technique to identify these labile plaques can substantially reduce the incidence of acute coronary syndrome, which often leads to premature death. Unfortunately, no method has been available to the cardiologist to date which can be applied to specify which coronary plaques are fragile and therefore rupturable. Although treadmill testing has been used to identify patients at greater cardiovascular risk for many years, this method has the specificity to distinguish between stable plaques and fragile plaques that are prone to rupture and often cause myocardial infarction. Do not. Because there is a great deal of information about the pathology of unstable plaques (determined in the body anatomy), techniques based on identifying well-described pathological phenomena of plaques that are susceptible to damage are promising to solve these problems. Allows you to develop a strategy for the period.

불안정한 플라크는 1980년대 초반에 병리학자들에 의해 먼저 식별되고 그 특징이 기술되었다. Davis와 동료들은 죽음과 관련된 급성 심근 경색을 갖는 환자들 내의 순차적인 조직학적 섹션을 재구성하면, 아테롬성 동맥 경화 플라크의 파열 또는 분열이 명백하다는 것을 알아냈다(Davis MJ, Thomas AC. Plaque fissuring: the cause of acute myocardial infarction, sudden death, and crescendo angina. Br Heart J 1985; 53: 363-373, 이것은 참조로 본 명세서에 통합됨). 궤양성 플라크들은 또한 얇은 섬유질 캡을 가지며, 인간의 대동맥 내에서 비-궤양성의 아테롬성 동맥경화 플라크들과 비교되는 경우 감소된 평활근 세포와 증가된 지방 핵을 갖는 증가된 대식세포를 갖는 것을 특징으로 한다(Davis MJ, Richardson PD, Woolf N, Katz DR, Mann J. Risk of thrombosis in human atherosclerotic plaques: role of extracellular lipid, macrophage, and smooth muscle cell content, 이것은 참조로 본 명세서에 통합됨). 또한, 지방성 풀(lipid pool)의 크기와 퍼센트 협착에서의 어떠한 상호 관계도, 관상 혈관 조영에 의해 이미지화될 때, 관측되지 않는다. 사실, 대부분의 심장 전문들은 불안정한 플라크들이 벽 혈전의 형성과 플라크 리모델링으로 그러나 완전한 루미널 폐색(luminal occlsion)없이 파열을 통한 진행을 통해 더 협착된 그러나 안정된 플라크들로 진행한다는 것에 동의한다(Topol EJ, Rabbaic R. Strategies to achieve coronary arterial plaque stabilization. Cardiovasc Res 1999; 41: 402-417, 이것은 참조로 본 명세서에 통합됨). 내부 플라크 출혈을 갖는 신혈관형성은 또한 작은 손상(<50%로 폐색된 것)으로부터 더 크고 현저한 플라크로의 이러한 진행을 시키는 역할을 할 수 있다. 그러나, 만약 불안정한 플라크의 고유한 특징이 심장 전문의에 의해 인식되고 그 다음에 안정화된다면, 극적인 감소가 급성 심근 경색과 불안정 협심증 증후군 양쪽 모두에서 실현될 수 있고, 그리고 관상 동맥 질환의 급격한 진행에서 실현될 수 있다.Unstable plaques were first identified and characterized by pathologists in the early 1980s. Davis and colleagues found that reconstruction of sequential histological sections in patients with acute myocardial infarction associated with death was evident in rupture or division of atherosclerotic plaques (Davis MJ, Thomas AC. Plaque fissuring: the cause of acute myocardial infarction, sudden death, and crescendo angina Br Heart J 1985; 53:. 363-373, which incorporated herein by reference). Ulcerous plaques also have a thin fibrous cap and are characterized by having increased macrophages with reduced smooth muscle cells and increased fat nuclei when compared to non-ulcerative atherosclerotic plaques in the human aorta. (Davis MJ, Richardson PD, Woolf N, Katz DR, Mann J. Risk of thrombosis in human atherosclerotic plaques: role of extracellular lipid, macrophage, and smooth muscle cell content, which is incorporated herein by reference). In addition, no correlation between the size of the lipid pool and the percent stenosis is observed when imaged by coronary angiography. In fact, most cardiologists agree that unstable plaques progress to more narrowed but stable plaques by progression through rupture with wall thrombus formation and plaque remodeling but without complete luminal occlsion (Topol EJ). , Rabbaic R. Strategies to achieve coronary arterial plaque stabilization Cardiovasc Res 1999; 41:. 402-417, which incorporated herein by reference). Neovascularization with internal plaque bleeding can also serve to make this progression from minor injuries (obstructed to <50%) to larger and more pronounced plaques. However, if the inherent characteristics of unstable plaques are recognized and then stabilized by a cardiologist, dramatic reduction can be realized in both acute myocardial infarction and unstable angina syndrome, and in the rapid progression of coronary artery disease. Can be.

본 발명은 깊이-분해 광 반사(depth-resolved light reflection) 또는 광학 간섭 단층촬영(Optical Coherence Tomography, OCT)을 사용하여 손상되기 쉬운 플라크에서 식별되는 병리학적 특징을 식별한다. OCT에서, 넓은 밴드 광 소스 또는 튜닝가능한 레이저 소스로부터의 광은 간섭계에 입력되고, 광의 일부는 혈관 벽으로 향하고 그리고 다른 일부는 기준 표면으로 향한다. 광섬유의 말단은 심장 카테터삽입 절차(catheterization procedure) 동안 관상 동맥의 호출에 대해 카테 터(catheter)와 인터페이스 된다. 플라크로부터의 반사된 광은 기준 표면으로부터의 신호와 재결합되고 (광기전력 검출기에 의해 측정되는) 간섭 무늬를 형성하여 미크론 스케일(micron scale)로 플라크의 정밀 깊이-분해 이미지화를 가능하게 한다.The present invention uses pathology-resolved light reflection or optical coherence tomography (OCT) to identify pathological features identified in plaques that are susceptible to damage. In OCT, light from a wide band light source or a tunable laser source is input to an interferometer, with some of the light directed towards the vessel wall and another toward the reference surface. The ends of the optical fiber interface with the catheter for the invocation of the coronary artery during the cardiac catheterization procedure. Reflected light from the plaque recombines with the signal from the reference surface and forms an interference fringe (measured by a photovoltaic detector) to enable precise depth-resolution imaging of the plaque on a micron scale.

OCT는 넓은 대역폭(파장의 분포)을 통해 고휘도 다이오드 소스 방출 광 또는 좁은 라인폭 튜닝가능 레이저 소스를 사용하여 10-20㎛의 축방향 분해능(axial resolution)과 2-3mm의 조직 침투력으로 상피내 단층 이미지를 만든다. OCT는 단일 셀의 레벨에서 조직을 이미지화할 수 있다. 사실, 발명자들은 최근에 펨토-초 펄스 레이저(femto-second pulsed lasers)와 같은 더 넓은 밴드 폭 광학 소스를 사용했고, 그래서 축 방향 분해능은 4 미크론 이하로 개선되었다. 이러한 분해능을 가지고, OCT는 내막 뚜껑, 그들의 두께, 그리고 균열, 근본적 지방성 풀의 크기와 넓이 및 염증성 세포의 존재를 포함하는 구조의 세부 사항을 시각화하기 위해 적용될 수 있다. 더욱이, OCT 기기에서 사용되는 근적외선 광 소스는 진행성 관상 동맥 질환의 특징을 가진 중하게 석회화된 조직 영역을 침투할 수 있다. 세포적 분해능(cellular resolution)을 가지고, OCT의 적용은 단핵세포와 대식세포와 같은 손상받기 쉬운 플라크의 다른 세부사항들을 식별하는데 사용될 수 있다. 짧게 말하면, OCT의 적용은 조직을 짜르거나 방해하지 않고 병리학적 표본의 세부적 이미지를 제공할 수 있다. OCT uses epithelial tomographic images with 10-20 μm axial resolution and 2-3 mm tissue penetration using either high-brightness diode source-emitting light or narrow linewidth tunable laser sources over a wide bandwidth (wavelength distribution). Make OCT can image tissue at the level of a single cell. In fact, the inventors have recently used wider bandwidth optical sources, such as femto-second pulsed lasers, so the axial resolution has improved to less than 4 microns. With this resolution, the OCT can be applied to visualize details of the structure, including the intima cap, their thickness, and cracks, the size and width of the underlying fatty pool, and the presence of inflammatory cells. Moreover, near-infrared light sources used in OCT instruments can penetrate heavily calcified tissue areas that are characterized by advanced coronary artery disease. With cellular resolution, the application of OCT can be used to identify other details of susceptible plaques such as monocytes and macrophages. In short, the application of OCT can provide a detailed image of a pathological specimen without cutting or obstructing tissue.

동맥 내강 안에서의 아테롬성 동맥 경화 플라크를 이미지화 하기 위해 이 기술을 적용함에 있어 한 가지 염려되는 것은 적혈구의 존재로 인한 광의 강한 산란 이다. 카테터 시스템이 관상 동맥에 위치한다면, OCT 광섬유와 동맥 사이의 혈류는 혈관 벽으로의 광 침투를 모호하게 할 수 있다. 제시되는 한 가지 해법은 식염 세척(saline flush)의 사용이다. 그러나 식염 사용은 지속 시간에서 제한되는데 왜냐하면 심근 허혈은 결국 말단 심근에서 일어나기 때문이다. 발명자들은 식염수 대신에 인공 헤모글로빈의 사용을 제안했다. 인공 헤모글로빈은 비입자성(non-particulate)이고 따라서 광을 산란시키지 않는다. 더욱이, 인공 헤모글로빈은 미국 식품의약청에 의해 혈액 대체물로서 이제 막 승인되었고 심근 허혈을 막기 위해 필요한 산소를 운반할 수 있다. 최근에, 발명자들은 쥐 심근 관상 동맥 내에서 혈액에 의한 광 산란을 감소시키기 위해 인공 헤모글로빈의 사용 가능성을 증명했다(Villard JW, Feldman MD, Kim Jeehyun, Milner TE, Freeman GL. Use of a blood substitute to determine instantaneous murine right ventricular thickening with optical coherence tomography. Circulation 2002; Volume 105: Pages 1843-1849, 이것은 참조로 본 명세서에 통합됨).One concern in the application of this technique to imaging atherosclerotic plaques in the arterial lumen is the strong scattering of light due to the presence of red blood cells. If the catheter system is located in the coronary artery, the blood flow between the OCT fiber and the artery can obscure light penetration into the vessel wall. One solution proposed is the use of saline flush. But salt use is limited in duration because myocardial ischemia eventually occurs in the terminal myocardium. The inventors proposed the use of artificial hemoglobin instead of saline. Artificial hemoglobin is non-particulate and therefore does not scatter light. Moreover, artificial hemoglobin has just been approved as a blood substitute by the US Food and Drug Administration and can carry the oxygen needed to prevent myocardial ischemia. Recently, the inventors have demonstrated the possibility of using artificial hemoglobin to reduce light scattering by blood in rat myocardial coronary arteries (Villard JW, Feldman MD, Kim Jeehyun, Milner TE, Freeman GL. Use of a blood substitute to determine instantaneous murine right ventricular thickening with optical coherence tomography Circulation 2002; Volume 105:. Pages 1843-1849, which incorporated herein by reference).

관상 플라크들을 이미지화하기 위한 OCT 카테터의 제 1 원형이 확립되어 왔고 그리고 Light Lab Co.와 공동으로 보스턴의 하버드-MIT에 있는 연구원들(Jang IK, Bouma BE, Kang DH, 외. Visualization of coronary atherosclerotic plaques in patients using optical coherence tomography: comparison with intravascular ultrasound. JACC 2002; 39: 604-609, 이것은 참조로 본 명세서에 통합됨)에 의해 현재 테스트되고 있다. 원형 카테터(prototype catheter)는 단일 광 소스로 구성되고 광섬유를 돌리는 샤프트를 회전시킴으로써 360도로 관상 동맥 내강의 아크를 이 미지화할 수 있다. 회전하는 샤프트는 몸체의 밖으로 하우징되기 때문에, 카테터 내의 돌아가는 막대는 광이 관상 동맥의 각각의 각 세그먼트(angular segment) 상에서 동일한 시간 간격 동안 포커싱될 수 있도록 일정한 각속도로 회전해야만 한다. 회전하는 샤프트에서의 기계적 드래그는 관상 동맥의 기록된 OCT 이미지에 상당한 왜곡과 인공물을 만들 수 있다. 불행하게도, 카테터는 언제나 관상 동맥에 대한 대퇴부 동맥에서의 진입 포인트 사이에 몇 개의 벤드(bends)를 만들 수밖에 없기 때문에(예를 들어, 대동맥궁 둘레로 180도 턴), 불균일한 기계적 드래그(mechanical drag)는 결과적으로 OCT 이미지 인공물을 만든다. OCT의 적용이 관상 동맥의 전체 해부학적 구조를 이미지화하는 것으로부터 단일 세포의 레벨에서의 이미지화 능력으로 이동됨에 따라, 단일 섬유 OCT 원형의 불균일한 회전은 왜곡 및 이미지 인공물의 점점 증가하는 문제의 원인이 된다.The first prototype of the OCT catheter for imaging coronary plaques has been established and in collaboration with Light Lab Co., researchers at Harvard-MIT, Boston (Jang IK, Bouma BE, Kang DH, et al. Visualization of coronary atherosclerotic plaques) in patients using optical coherence tomography: comparison with intravascular ultrasound.JACC 2002; 39: 604-609, which is incorporated herein by reference). A prototype catheter consists of a single light source and can image the arc of the coronary lumen 360 degrees by rotating a shaft that turns the optical fiber. Since the rotating shaft is housed out of the body, the revolving rod in the catheter must rotate at a constant angular velocity so that the light can be focused for the same time interval on each angular segment of the coronary artery. Mechanical drag on the rotating shaft can create significant distortions and artifacts in the recorded OCT image of the coronary arteries. Unfortunately, the catheter is always forced to make several bends between the entry points in the femoral artery to the coronary artery (eg, turn 180 degrees around the aortic arch), resulting in uneven mechanical drag. ) Results in an OCT image artifact. As the application of OCT shifts from imaging the entire anatomical structure of the coronary arteries to the ability to image at the level of a single cell, non-uniform rotation of single fiber OCT prototypes causes distortion and an increasing problem of image artifacts. do.

본질적으로, Light Lab Co.에 의해 개발된 현재의 내시경 타입 단일 채널 OCT 시스템은 혈관 타겟의 비정상적 이미지를 형성하는 일정하지 않은 회전 속도의 문제점이 있다. 본 명세서에 참조로 통합되는 미국 특허 제6,134,003호를 참조. 단일 모드 섬유를 돌리는 회전 샤프트를 사용하는 그들의 방법은 인공물을 만들기 쉽다. 카테터는 대퇴부 동맥에서의 그 진입으로부터 대동맥궁 둘레의 180도 턴으로 관상 동맥에서의 그 최종 목적지까지 몇 개의 벤드(bends)를 언제나 만들어야한다. 이러한 모든 벤드들은 회전 샤프트상에 불균일한 마찰을 일으키고 관상 동맥의 전체 360도 아치 상에서의 광의 불균일한 시간 분포를 일으킨다. OCT의 적용이 관상 동맥의 전체 해부학적 구조로부터 단일 세포의 레벨에서의 이미지화 능력으로 이동 됨에 따라, 단일 섬유 OCT의 일정하지 않은 회전은 심지어 더 큰 인공물의 더 큰 원인이 된다.In essence, the current endoscope type single channel OCT system developed by Light Lab Co. suffers from the inconsistent rotational speed that forms an abnormal image of the vascular target. See US Pat. No. 6,134,003, which is incorporated herein by reference. Their way of using a rotating shaft to spin single-mode fibers is easy to make artifacts. The catheter must always make several bends from its entry in the femoral artery to its final destination in the coronary artery with a 180 degree turn around the aortic arch. All these bends cause non-uniform friction on the rotating shaft and cause a non-uniform time distribution of light on the entire 360 degree arch of the coronary artery. As the application of OCT shifts from the entire anatomical structure of the coronary arteries to the ability to image at the level of a single cell, the non-uniform rotation of a single fiber OCT is a greater cause of even larger artifacts.

본 발명은 복수위상 어레이 OCT 카테터를 개발함으로써 회전 왜곡과 그 관련 인공적 문제를 해결한다. 단일 카테터 내에 10-60개의 개별 OCT 섬유를 통합시킴으로써, 광섬유 또는 유사한 소자(예를 들어, 마이크로-모터 구동 미러)의 회전과 그 관련 이미지 왜곡 및 인공물이 제거되고 그리고 공간적 분해능이 개선될 수 있다. 카테터는 10-60개의 개별 광 소스가 관상 동맥 내강의 360도 아크를 개별적으로 이미지화하도록 할 수 있다. 복수위상 어레이의 추가적인 장점은 단일 섬유 설계와 비교하여 조사(study)되는 오브젝트의 더 큰 공간적 분해능을 제공하는 것이다. 많은 연구원들은 복수위상 어레이 방법이 세포적 분해능을 제공할 수 있는 반면에 최근 설계에서 사용되는 단일 회전 섬유 또는 마이크로-모터 구동 미러는 단일 세포의 레벨에서의 이미지화를 허용하고 있지 않다는 것을 인식하고 있다.The present invention solves rotational distortion and related artificial problems by developing a multiphase array OCT catheter. By integrating 10-60 individual OCT fibers in a single catheter, rotation of the optical fiber or similar device (eg, micro-motor drive mirror) and its associated image distortions and artifacts can be eliminated and spatial resolution can be improved. The catheter may allow 10-60 individual light sources to individually image the 360 degree arc of the coronary lumen. An additional advantage of multiphase arrays is that they provide greater spatial resolution of the studied object compared to a single fiber design. Many researchers recognize that the multiphase array method can provide cellular resolution, while the single rotating fiber or micro-motor driven mirrors used in recent designs do not allow imaging at the level of a single cell.

복수위상 어레이 OCT 카테터를 구성함에 있어서는 혁신적인 설계 해법을 사용하여 많은 문제를 해결해야 한다. 카테터의 성공적인 설계와 증명에 있어서는 직경 1.5 mm인 10-60개의 개별 섬유를 포함하는 광학 채널의 개발이 필요하다. 각각의 섬유는 각각의 섬유로부터의 광을 90도로 카테터로부터 관상 동맥의 내강 표면으로 방향을 바꾸기 위해 나노기술을 사용하여 제조되는 미러와 그리고 광을 포커싱하기 위한 렌즈를 필요로 한다. 더욱이 10-60개의 광 경로들 각각은 기준 경로와 동맥 경로 양쪽에 대해 다시 분리되어야 한다. 본 발명은 카테터와 복수채널 간섭계 양쪽 모두에 대한 설계 해법을 제공한다.In constructing a multiphase array OCT catheter, many problems must be solved using innovative design solutions. Successful design and demonstration of the catheter requires the development of an optical channel containing 10-60 individual fibers 1.5 mm in diameter. Each fiber requires a mirror made using nanotechnology to redirect light from each fiber from the catheter to the luminal surface of the coronary artery and a lens for focusing the light. Furthermore, each of the 10-60 optical paths must be separated again for both the reference path and the arterial path. The present invention provides a design solution for both catheters and multichannel interferometers.

본 발명은 환자용 내시경에 관한 것이다. 이 내시경은 광 소스와 같은 광을 생성(produce)하는 수단을 포함한다. 이 내시경은 환자의 체내에 배치되도록 구성된 복수의 광섬유들을 포함하는 광섬유 어레이를 포함한다. 이 광섬유 어레이는 광을 생성하는 수단으로부터의 광을 환자에 전송하고, 그리고 환자로부터 환자에 의해 반사된 광을 전송한다. 광섬유 어레이의 복수의 광섬유들은 광을 생성하는 수단과 광학적 통신을 한다. 이 내시경은 광섬유 어레이로부터 광을 수신하고 이 광을 분석하기 위한 검출기를 포함한다. 광섬유 어레이의 복수의 광섬유들은 상기 검출기와 광학적 통신을 한다.The present invention relates to an endoscope for a patient. This endoscope includes means for producing light, such as a light source. The endoscope includes an optical fiber array comprising a plurality of optical fibers configured to be placed in the body of a patient. This optical fiber array transmits light from the means for generating light to the patient and transmits light reflected from the patient by the patient. The plurality of optical fibers of the optical fiber array are in optical communication with the means for generating light. The endoscope includes a detector for receiving light from the optical fiber array and analyzing the light. The plurality of optical fibers of the optical fiber array are in optical communication with the detector.

본 발명은 환자를 이미지화하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 환자의 체내에서 복수의 광섬유들을 포함하는 광섬유 어레이에 광 소스로부터의 광을 전송하는 단계를 포함한다. 환자로부터 환자에 의해 반사된 광을 전송하는 단계가 있다. 검출기에서 광섬유 어레이로부터의 광을 수신하는 단계가 있다. 검출기를 이용해 이 광을 분석하는 단계가 있다.The present invention relates to a method of imaging a patient. The method includes transmitting light from a light source to an optical fiber array comprising a plurality of optical fibers in a patient's body. There is a step of transmitting the light reflected by the patient from the patient. There is a step of receiving light from an optical fiber array at a detector. There is a step of analyzing this light using a detector.

본 발명은 오보젝트를 조사하는 장치에 관한 것이다. 이 장치는 광을 생성하는 수단을 포함한다. 이 장치는 편광, 공간, 위치 또는 각도에 기초하여 오브젝트로부터 반사된 광을 분석하는 수단을 포함한다.The present invention relates to an apparatus for irradiating an object. The apparatus includes means for generating light. The apparatus includes means for analyzing light reflected from the object based on polarization, space, position or angle.

본 발명은 오보젝트를 조사하는 장치에 관한 것이다. 이 장치는 광을 생성하는 수단을 포함한다. 이 장치는 편광에 기초하여 오브젝트로부터 반사된 광을 분석하는 수단을 포함한다.The present invention relates to an apparatus for irradiating an object. The apparatus includes means for generating light. The apparatus includes means for analyzing light reflected from the object based on polarization.

본 발명은 오보젝트를 조사하는 장치에 관한 것이다. 이 장치는 광을 생성하는 수단을 포함한다. 이 장치는 공간에 기초하여 오브젝트로부터 반사된 광을 분석하는 수단을 포함한다.The present invention relates to an apparatus for irradiating an object. The apparatus includes means for generating light. The apparatus includes means for analyzing light reflected from the object based on space.

본 발명은 오보젝트를 조사하는 장치에 관한 것이다. 이 장치는 광을 생성하는 수단을 포함한다. 이 장치는 각도에 기초하여 오브젝트로부터 반사된 광을 분석하는 수단을 포함한다.The present invention relates to an apparatus for irradiating an object. The apparatus includes means for generating light. The apparatus includes means for analyzing light reflected from the object based on the angle.

본 발명은 오보젝트를 조사하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 광을 생성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 편광, 공간, 위치 또는 각도에 기초하여 오브젝트로부터 반사된 광을 분석하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method of examining an object. The method includes generating light. The method includes analyzing light reflected from an object based on polarization, space, position or angle.

본 발명은 오보젝트를 조사하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 광을 생성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 편광에 기초하여 오브젝트로부터 반사된 광을 분석하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method of examining an object. The method includes generating light. The method includes analyzing light reflected from an object based on polarization.

본 발명은 오보젝트를 조사하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 광을 생성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 공간에 기초하여 오브젝트로부터 반사된 광을 분석하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method of examining an object. The method includes generating light. The method includes analyzing light reflected from an object based on space.

본 발명은 오보젝트를 조사하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 광을 생성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 각도에 기초하여 오브젝트로부터 반사된 광을 분석하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method of examining an object. The method includes generating light. The method includes analyzing light reflected from the object based on the angle.

첨부되는 도면에서, 본 발명의 바람직한 실시예와 본 발명을 실행하는 바람 직한 방법이 예시된다.In the accompanying drawings, preferred embodiments of the invention and preferred methods of practicing the invention are illustrated.

도 1은 본 발명의 개관을 도식적으로 나타낸 것이다.1 is a schematic representation of an overview of the invention.

도 2는 본 발명의 입력 암(input arm)(광 소스)의 평면도이다.2 is a plan view of an input arm (light source) of the present invention.

도 3은 입력 암(광 소스)의 측면도를 도식적으로 나타낸 것이다.3 schematically illustrates a side view of an input arm (light source).

도 4는 입력 암에 대한 섬유 기반의 해법을 도식적으로 나타낸 것이다.4 diagrammatically illustrates a fiber based solution for the input arm.

도 5는 샘플 암의 측면도를 도식적으로 나타낸 것이다.5 schematically illustrates a side view of a sample arm.

도 6은 샘플 암의 축면도를 도식적으로 나타낸 것이다.6 is a schematic representation of an axial view of a sample arm.

도 7은 액시콘 렌즈(axicon lens)의 평면도를 도식적으로 나타낸 것이다.7 shows a plan view of an axicon lens.

도 8은 샘플 암의 광섬유 어레이를 도식적으로 나타낸 것이다.8 schematically illustrates an optical fiber array of sample arms.

도 9는 해당 조직 상에 광을 재포커싱 하도록 미러를 엠페이싱(enphasing) 하는 샘플 암의 프로브 팁(probe tip)의 투시도를 도식적으로 나타낸 것이다.FIG. 9 schematically shows a perspective view of a probe tip of a sample arm enphasing a mirror to refocus light on the tissue.

도 10은 45

Figure 112007087698728-PCT00001
각도의 미러(반사)로 마무리된 부착된 섬유를 갖는 팁의 그루브(groove)의 측면도를 도식적으로 나타낸 것이다.10 is 45
Figure 112007087698728-PCT00001
A schematic side view of a groove of a tip with attached fibers finished with an angled mirror (reflection) is shown.

도 11은 부착된 섬유를 갖는 팁의 평면도를 도식적으로 나타낸 것이다.11 shows a plan view of a tip with attached fibers.

도 12는 샘플 암의 각각의 섬유 렌즈의 제조의 제 1 단계를 도식적으로 나타낸 것이다.12 shows diagrammatically a first step in the manufacture of each fiber lens of a sample arm.

도 13은 샘플 암의 각각의 섬유 렌즈의 제조에서의 제 2 단계를 도식적으로 나타낸 것이다.13 shows schematically a second step in the manufacture of each fiber lens of the sample arm.

도 14는 본 발명의 기준 암을 도식적으로 나타낸 것이다.Figure 14 schematically shows a reference arm of the present invention.

도 15는 본 발명의 검출 암의 평면도를 도식적으로 나타낸 것이다.15 schematically shows a plan view of the detection arm of the present invention.

도 16은 검출 암의 측면도를 도식적으로 나타낸 것이다.16 schematically shows a side view of a detection arm.

도 17은 샘플 암의 스캐닝 프로브를 대안적인 도식적 도면으로 나타낸 것이다.17 shows an alternative schematic diagram of a scanning probe of a sample arm.

도 18A와 도 18B는 수압 기구(hydraulic mechanism)를 도식적으로 나타낸 것이다.18A and 18B schematically illustrate a hydraulic mechanism.

도 19A와 도 19B는 수압 기구의 분해도를 도식적으로 나타낸 것이다.19A and 19B schematically show exploded views of the hydraulic mechanism.

도 20A-20D는 수압 기구의 트위스트 샤프트(twisted shaft)의 서로 다른 도면을 도식적으로 나타낸 것이다.20A-20D diagrammatically show different views of a twisted shaft of a hydraulic mechanism.

도 21A와 도 21B는 섬유-샤프트 홀더(fiber-shaft holder)를 도식적으로 나타낸 것이다.21A and 21B diagrammatically illustrate a fiber-shaft holder.

도 22A-22C는 섬유 그루브들을 도식적으로 나타낸 것이다.22A-22C diagrammatically show fiber grooves.

도 23은 마이크로-미러의 측면도이다.23 is a side view of the micro-mirror.

도 24는 마이크로-미러의 투시도이다.24 is a perspective view of a micro-mirror.

도 25는 레이저 빔에 의해 조사(irradiate)된 부분을 갖는 마이크로-미러의 투시도이다. 25 is a perspective view of a micro-mirror with portions irradiated by a laser beam.

도 26은 도 25에 도시된 바와 같은 레이저 빔에 의해 조사됨으로 인해 발생된 변형을 갖는 마이크로 미러의 투시도이다.FIG. 26 is a perspective view of a micromirror with deformations caused by irradiation with a laser beam as shown in FIG. 25.

도 27은 마이크로-미러의 서로 다른 위치 상에 비추어진 레이저 빔에 의해 계속적으로 가열되는 마이크로-미러를 도식적으로 나타낸 것이다.Figure 27 schematically shows a micro-mirror which is continuously heated by a laser beam projected on different positions of the micro-mirror.

도 28은 마이크로-미러 상의 레이저 빔의 위치를 바꿈으로 인한 마이크로-미 러의 편향 방향(tilting direction)의 결과적인 변경을 도식적으로 나타낸 것이다.FIG. 28 diagrammatically shows the resulting change in the tilting direction of the micro-mirror due to changing the position of the laser beam on the micro-mirror.

도 29는 섬유에 대한 프로브 커버 내의 마이크로-미러를 도식적으로 나타낸 것이다.29 schematically shows a micro-mirror in a probe cover for a fiber.

도 30은 섬유에 대한 마이크로-미러 움직임을 도식적으로 나타낸 것이다.30 is a graphical representation of micro-mirror movement for a fiber.

도 31은 광섬유 스펙트럼 편광측정 기기(Fiber Optic Spectral Polarimetry Instrument, FOSPI)를 갖는 단일 채널 섬유-기반 편광 감지 스펙트럼 영역 광학 간섭 단층촬영을 도식적으로 나타낸 것이다.FIG. 31 is a schematic representation of single channel fiber-based polarization sensing spectral domain optical interference tomography with a Fiber Optic Spectral Polarimetry Instrument (FOSPI).

도 32는 섬유-기반의 공간적으로 멀티플렉싱(multiplexing)되고 스위프(sweep)된 소스 광학 간섭 단층촬영을 도식적으로 나타낸 것이다.FIG. 32 schematically illustrates fiber-based spatially multiplexed and swept source optical coherence tomography.

도 33은 멀티-섬유 각도-영역 OCT를 도식적으로 나타낸 것이다.33 schematically shows a multi-fiber angle-domain OCT.

도 34와 도 35는 공간적으로 멀티플렉싱된 OCT 시스템을 사용하여 기록된 이미지이다.34 and 35 are images recorded using a spatially multiplexed OCT system.

도 36과 도 37은 각각 복굴절 및 빠른-축 각도로 인한 위상 지연이다.36 and 37 are phase delays due to birefringence and fast-axis angle, respectively.

이제 도면을 참조하면, 환자용 내시경(10)이 도시되며, 도면에서 동일한 참조 번호는 몇몇 도면을 통해 더 구체적으로는 도 1 내지 도 5, 도 15, 및 도 16에 관해서 유사한 부분 또는 동일한 부분을 말한다. 내시경(10)은 광 소스(51)와 같은 광을 생성하는 수단(102)을 포함한다. 내시경(10)은 환자의 체내에 배치되기에 적합하게 구성된 복수의 광섬유들(8)을 포함하는 광섬유 어레이(28)를 포함한다. 광섬유 어레이(28)는 광을 생성하는 수단 바람직하게는 광 소스(51)로부터의 광을 환 자에 전송하고 그리고 환자로부터 환자에 의해 반사된 광을 전송한다. 이 어레이(28)의 복수의 광섬유들(8)은 광을 생성하는 수단(102)과 광학적 통신을 한다. 내시경(10)은 어레이(28)로부터의 광을 수신하고 이 광을 분석하기 위한 검출기를 포함한다. 어레이(28)의 복수의 광섬유들(8)은 검출기(D)와 광학적 통신을 한다.Referring now to the drawings, an endoscope 10 for a patient is shown, wherein like reference numerals refer to like parts or like parts in more detail with respect to FIGS. 1 to 5, 15, and 16 through some figures. . Endoscope 10 includes means 102 for generating light, such as light source 51. Endoscope 10 includes an optical fiber array 28 that includes a plurality of optical fibers 8 adapted to be placed in a patient's body. The optical fiber array 28 transmits the light from the means, preferably the light source 51, to the patient and the light reflected by the patient from the patient. The plurality of optical fibers 8 of this array 28 are in optical communication with the means 102 for generating light. Endoscope 10 includes a detector for receiving light from array 28 and analyzing the light. The plurality of optical fibers 8 of the array 28 are in optical communication with the detector D.

바람직하게는, 내시경(10)은 튜브(tube)(53)를 포함하고, 이 튜브 주위에 복수의 광섬유들(8)이 배치된다. 이 튜브(53)는 바람직하게는 도 10에 도시된 바와 같이 튜브(53)를 따라 길이방향으로 확장하는 그루브(groove)들(54)을 갖는다. 복수의 광섬유들(8) 중 하나는 그루브들(54) 각각에 배치된다. 바람직하게는, 내시경(10)은 도 11에 도시된 바와 같이 각각의 그루브에 배치된 반사기(56)를 갖는 프로브 프로브 팁(probe tip)(55)을 포함하는데, 이 반사기(56)는 반사기(56)가 환자 체내에 있을 때 그루브에서 광섬유(8)로부터의 광을 반사하고 그리고 어레이(28)가 환자 체내에 있을 때 환자로부터 광섬유(8)에 광을 반사한다.Preferably, the endoscope 10 comprises a tube 53, with a plurality of optical fibers 8 arranged around the tube. This tube 53 preferably has grooves 54 extending longitudinally along the tube 53 as shown in FIG. 10. One of the plurality of optical fibers 8 is disposed in each of the grooves 54. Preferably, endoscope 10 includes a probe probe tip 55 having a reflector 56 disposed in each groove, as shown in FIG. 11, which reflector 56 includes a reflector ( 56 reflects light from the optical fiber 8 in the groove when in the patient body and reflects light from the patient to the optical fiber 8 when the array 28 is in the patient body.

광 소스(51)는 바람직하게는 간섭성 광 소스(51)를 포함하고 그리고 광 소스(51)로부터 어레이(28)의 복수의 광섬유들(8)로 광을 인도하는 수단(57)을 포함한다. 바람직하게는, 도 12와 도 13에 도시된 바와 같이, 광섬유(8)는 단일 모드이고, 클래딩(cladding)(120)을 갖는 코어(core)(118)를 가지며, 여기서 클래딩(120)은 코어(118) 주위에 배치되고, 그 팁에는 코어(118)로부터의 광을 반사기(56)로 포커싱(focusing)하고 반사기(56)로부터의 광을 코어(118)에 포커싱하는 렌즈(122)를 가진다. 어레이(28)는 바람직하게는 투명한 커버(transparent cover)(7)를 포함한다.The light source 51 preferably comprises a coherent light source 51 and comprises means 57 for guiding light from the light source 51 to the plurality of optical fibers 8 of the array 28. . Preferably, as shown in FIGS. 12 and 13, the optical fiber 8 is single mode and has a core 118 having a cladding 120, where the cladding 120 is a core. Disposed around 118, the tip having a lens 122 for focusing light from core 118 to reflector 56 and focusing light from reflector 56 to core 118. . Array 28 preferably comprises a transparent cover 7.

바람직하게는, 광 소스(51)는 입력 암(input arm)(58)을 포함하고, 어레이(28)는 샘플 암(sample arm)(59)을 포함하고, 검출기(D)는 기준 암(reference arm)(60)과 검출기 암(detector arm)을 포함한다. 그리고 입력 암(58), 검출기 암(61), 샘플 암(59), 및 기준 암(60)은 서로 함께 간섭계(interferometer)를 형성한다. 기준 암(60)은 바람직하게는 간섭계에 대한 깊이 스캐닝 및 분산 보상을 도입하기 위해 RSOD를 사용한다.Preferably, the light source 51 comprises an input arm 58, the array 28 comprises a sample arm 59, and the detector D comprises a reference arm. arm 60 and detector arm. The input arm 58, the detector arm 61, the sample arm 59, and the reference arm 60 together form an interferometer with each other. Reference arm 60 preferably uses RSOD to introduce depth scanning and dispersion compensation for the interferometer.

바람직하게는, 내시경(10)은 입력 암(58), 샘플 암(59), 기준 암(60), 및 검출 암의 대응하는 광섬유들(8)을 서로 함께 광학적으로 연결하는 광-커플러(opto-coupler)(62)를 포함한다. 검출기(D)는 바람직하게는 동일한 바이패스 길이(bypass length)를 갖는 기준 암(60)과 샘플 암(59)의 대응하는 섬유들로부터의 반사된 광으로부터의 간섭 신호의 강도로부터 환자에 대한 구조적 정보를 결정한다.Preferably, the endoscope 10 has an opto-optocoupler that optically connects the input arm 58, the sample arm 59, the reference arm 60, and the corresponding optical fibers 8 of the detection arm with one another. -coupler 62). The detector D is preferably structural to the patient from the intensity of the interference signal from the reflected light from the reference arms 60 and the corresponding fibers of the sample arm 59 having the same bypass length. Determine the information.

바람직하게는, 도 17 내지 도 22C에 도시된 바와 같이, 프로브 팁(55)은 N 개의 광섬유들(8)을 보유하는 스캐닝 헤드(scanning head)(1)를 포함하고, 여기서 N은 정수로서 2보다 크거나 또는 2와 동일하다. N 개의 광 섬유들(8)은 바람직하게는 병렬로 그리고 동일한 간격으로 스캐닝 헤드(1) 둘레에 정렬된다. 바람직하게는, 프로브 팁(55)은 광섬유들(8) 각각이 N/360도의 각도 범위를 스캔하도록 스캐닝 헤드(1)를 움직이게 하는 기구(134)를 포함한다. 움직이게 하는 기구(134)는 바람직하게는 스캐닝 헤드(1)가 회전하도록 하는 직선 운동(linear motion)에 대한 기구(9)를 포함한다.Preferably, as shown in FIGS. 17-22C, the probe tip 55 comprises a scanning head 1 holding N optical fibers 8, where N is an integer as 2; Is greater than or equal to two. The N optical fibers 8 are preferably aligned around the scanning head 1 in parallel and at equal intervals. Preferably, the probe tip 55 comprises a mechanism 134 for moving the scanning head 1 such that each of the optical fibers 8 scans an angular range of N / 360 degrees. The moving device 134 preferably comprises the device 9 for linear motion which causes the scanning head 1 to rotate.

바람직하게는, 선형 운동 기구(9)는 샤프트 채널(shaft channel)(31)을 갖는 섬유 샤프트 홀더(fiber shaft holder)와, 여기서 샤프트 채널(31)은 상기 홀더를 따라 축 방향으로 확장하고, 그리고 N 개의 섬유 채널들(32)이 샤프트 채널(31)과 병렬로 홀더 둘레에 정렬되고, 그리고 트위스팅 샤프트(twisting shaft)를 포함하며, 여기서 상기 샤프트가 상기 채널 내에서 움직이고 상기 홀더가 회전할 때 트위스팅 샤프트가 샤프트 채널(31)을 꼭 맞게 따른다.Preferably, the linear motion mechanism 9 has a fiber shaft holder having a shaft channel 31, wherein the shaft channel 31 extends axially along the holder, and N fiber channels 32 are aligned around the holder in parallel with the shaft channel 31 and comprise a twisting shaft, where the shaft moves within the channel and the holder rotates. The twisting shaft follows the shaft channel 31 snugly.

스캐닝 헤드(1)는 바람직하게는 샤프트를 따르고 스캐닝 헤드(1)가 회전하도록 하는 소켓 헤드(socket head)를 갖는다. 바람직하게는 프로브 팁(55)은 스캐닝 프로브(50) 상에 배치되어 가이드 와이어(guide wire)가 혈관, 담관, 및 가능하게는 GU 기관에 있을 때 가이드 와이어를 수용하고 따르는 가이드 와이어 홀더(guide wire holder)(2)를 포함한다. 가이드 와이어는 GI 기관에서는 필요하지 않다. 바람직하게는, 내시경(10)은 스캐닝 헤드(1)와 섬유 샤프트 홀더 사이에 배치되어 샤프트가 앞으로 움직인 이후에 샤프트가 뒤로 움직이도록 하는 스프링을 포함한다.The scanning head 1 preferably has a socket head along the shaft and causing the scanning head 1 to rotate. Preferably the probe tip 55 is disposed on the scanning probe 50 to receive and follow the guide wire when the guide wire is in the vessel, bile duct, and possibly the GU organ. holder) 2. Guide wires are not needed in GI organs. Preferably, the endoscope 10 comprises a spring disposed between the scanning head 1 and the fiber shaft holder to allow the shaft to move back after the shaft moves forward.

본 발명은 환자의 혈관, GU, GI 또는 담관을 이미지화하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 환자의 체내에서 광 소스(51)로부터의 광을 복수의 광섬유들(8)을 포함하는 광섬유 어레이(28)에 전송하는 단계를 포함한다. 환자로부터 환자에 의해 반사되는 광을 전송하는 단계가 있다. 검출기(D)에서 어레이(28)로부터 광을 수신하는 단계가 있다. 검출기(D)를 사용하여 광을 분석하는 단계가 있다.The present invention relates to a method of imaging a blood vessel, GU, GI or bile duct of a patient. The method includes transmitting light from the light source 51 to the optical fiber array 28 including the plurality of optical fibers 8 in the patient's body. There is a step of transmitting light reflected from the patient by the patient. There is a step of receiving light from the array 28 at the detector D. There is a step of analyzing the light using the detector (D).

바람직하게는, 섬유와 관련된 대응하는 반사기(56)를 사용하여 각각의 광섬유(8)로부터의 광을 반사시키고 반사기(56)를 사용하여 환자로부터의 광을 관련 섬유에 반사시키는 단계가 있다. 바람직하게는, 광섬유 어레이(28)를 포함하는 N 개 의 광섬유들(8) 각각을 N/360도의 각도 범위로 움직이게하는 단계가 있다. 바람직하게는, 광섬유 어레이(28)의 N 개의 광섬유들(8) 각각이 이 각도 범위를 움직이도록 하는 직선 운동을 적용하는 단계가 있다.Preferably, there is a step of reflecting light from each optical fiber 8 using the corresponding reflector 56 associated with the fiber and reflecting light from the patient to the associated fiber using the reflector 56. Preferably, there is a step of moving each of the N optical fibers 8 comprising the optical fiber array 28 in an angular range of N / 360 degrees. Preferably, there is a step of applying a linear motion such that each of the N optical fibers 8 of the optical fiber array 28 moves this angular range.

직선 운동을 적용하는 단계는 바람직하게는 홀더가 회전하도록 하는 샤프트 채널(31)과 병렬로 홀더 둘레에 정렬되는 N 개의 섬유 채널들(32)을 가진 섬유 샤프트 홀더를 따라 축 방향으로 확장하는 샤프트 채널(31)을 통해 트위스팅 샤프트를 N 개의 광섬유들(8)과 병렬로 축 방향으로 앞으로 움직이게 하는 단계를 포함한다. N 개의 광섬유들(8) 각각은 N 개의 섬유 채널들(32)의 각각의 섬유 채널 내에 배치된다. 트위스팅 샤프트는 이 샤프트가 채널 내에서 움직일 때 샤프트 채널(31)을 꼭 맞게 따른다. 바람직하게는, 가이드 와이어가 혈관, 담관, 및 가능하게는 GU 시스템 내에 있고 하지만 GI 기관 내에는 없을 때, 가이드 와이어 홀더(2)에 의해 수용되는 가이드 와이어를 따라 광섬유 어레이(28)를 인도하는 단계가 있다.The step of applying linear motion preferably extends axially along the fiber shaft holder with N fiber channels 32 arranged around the holder in parallel with the shaft channel 31 causing the holder to rotate. Moving the twisting shaft axially forward in parallel with the N optical fibers 8 via 31. Each of the N optical fibers 8 is disposed in each fiber channel of the N fiber channels 32. The twisting shaft follows the shaft channel 31 snugly as this shaft moves in the channel. Preferably, guiding the optical fiber array 28 along the guide wire received by the guide wire holder 2 when the guide wire is in the vessel, bile duct, and possibly in the GU system but not in the GI organ. There is.

본 발명은 오보젝트를 조사하는 장치에 관한 것이다. 이 장치는 광을 생성하는 수단을 포함한다. 이 장치는 편광, 공간, 위치 또는 각도에 기초하여 오브젝트로부터 반사된 광을 분석하는 수단을 포함한다.The present invention relates to an apparatus for irradiating an object. The apparatus includes means for generating light. The apparatus includes means for analyzing light reflected from the object based on polarization, space, position or angle.

분석하는 수단은 바람지하게는 도면에서 설명되며, 도 31에서는 편광이 발견되고, 도 1 내지 도 30에서는 위치가 발견되며, 도 32에서는 공간이 발견되고, 그리고 도 33에서는 각도가 발견된다.The means for analyzing are preferably described in the figures, in which polarization is found in FIG. 31, the position is found in FIGS. 1-30, the space is found in FIG.

본 발명은 오보젝트를 조사하는 장치에 관한 것이다. 이 장치는 광을 생성하는 수단을 포함한다. 이 장치는 편광에 기초하여 오브젝트로부터 반사된 광을 분석 하는 수단을 포함한다.The present invention relates to an apparatus for irradiating an object. The apparatus includes means for generating light. The apparatus includes means for analyzing light reflected from the object based on polarization.

본 발명은 오보젝트를 조사하는 장치에 관한 것이다. 이 장치는 광을 생성하는 수단을 포함한다. 이 장치는 공간에 기초하여 오브젝트로부터 반사된 광을 분석하는 수단을 포함한다.The present invention relates to an apparatus for irradiating an object. The apparatus includes means for generating light. The apparatus includes means for analyzing light reflected from the object based on space.

본 발명은 오보젝트를 조사하는 장치에 관한 것이다. 이 장치는 광을 생성하는 수단을 포함한다. 이 장치는 각도에 기초하여 오브젝트로부터 반사된 광을 분석하는 수단을 포함한다.The present invention relates to an apparatus for irradiating an object. The apparatus includes means for generating light. The apparatus includes means for analyzing light reflected from the object based on the angle.

본 발명은 오보젝트를 조사하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 광을 생성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 편광, 공간, 위치 또는 각도에 기초하여 오브젝트로부터 반사된 광을 분석하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method of examining an object. The method includes generating light. The method includes analyzing light reflected from an object based on polarization, space, position or angle.

본 발명은 오보젝트를 조사하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 광을 생성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 편광에 기초하여 오브젝트로부터 반사된 광을 분석하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method of examining an object. The method includes generating light. The method includes analyzing light reflected from an object based on polarization.

본 발명은 오보젝트를 조사하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 광을 생성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 공간에 기초하여 오브젝트로부터 반사된 광을 분석하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method of examining an object. The method includes generating light. The method includes analyzing light reflected from an object based on space.

본 발명은 오보젝트를 조사하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 광을 생성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 각도에 기초하여 오브젝트로부터 반사된 광을 분석하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method of examining an object. The method includes generating light. The method includes analyzing light reflected from the object based on the angle.

본 발명의 동작에 있어서, 근적외선 브로드밴드 광 소스(51)는 어레이(28) 타입 간섭계의 입력 암(58)에 광빔을 전송한다. 광 소스(51)로부터의 빔 프로파일(beam profile)은 원형 가우시안(circular gaussian)이다. 커넥터(1) 앞의 광학 부분들은 빔 프로파일을 선형이게 하고 커넥터(1)에 포커싱시킨다. 어레이(28) 타입 간섭계는 광-커플러(62)에 연결된 네 개의 섬유 암들을 갖는 복수의 섬유-기반 간섭계로 이루어진다. 입력 암(58)으로 들어오는 광은 샘플 암(59)과 기준 암(60)으로 각각 나누어진다. 샘플 암(59)에서, 광섬유들(8)은 환상형 링처럼 분포되고, 그리고 광은 광학 축에 수직인 타겟 혈관에서 포커싱된다. 기준 암(60)에서, RSOD는 깊이 스캐닝 및 분산 보상을 도입한다. 양쪽 암들로부터의 반사된 광이 동일한 광 경로 길이를 가질 때, 엄격히 말하면 가간섭성 길이(coherence length) 내에 있을 때, 간섭이 발생한다. 간섭 신호의 강도는 샘플의 구조적 정보를 나타낸다.In operation of the present invention, the near infrared broadband light source 51 transmits a light beam to an input arm 58 of an array 28 type interferometer. The beam profile from the light source 51 is circular gaussian. The optical parts in front of the connector 1 make the beam profile linear and focus on the connector 1. The array 28 type interferometer consists of a plurality of fiber-based interferometers having four fiber arms connected to the opto-coupler 62. Light entering the input arm 58 is divided into a sample arm 59 and a reference arm 60, respectively. In the sample arm 59, the optical fibers 8 are distributed like an annular ring, and the light is focused in the target vessel perpendicular to the optical axis. At reference arm 60, RSOD introduces depth scanning and dispersion compensation. When the reflected light from both arms has the same optical path length, strictly speaking, interference occurs when within the coherence length. The strength of the interfering signal represents the structural information of the sample.

더욱 구체적으로, 입력 암(58)에 관하여, 그리고 도 1, 도 2, 및 도 3을 참조하여, 단일 빔은 S1으로부터 나오고 그리고 L1에 의해 조준된다. 이 포인트에서, 빔 직경은 C1의 영역 모두를 전체에 걸쳐 투사하기에 충분히 크고, 하지만 빔은 여전히 원형이다. 원형 렌즈인 CL1과 CL2은 빔 프로파일을 선형으로 바꾸고, 이것은 빔이 이제 더 이상 원형이 아님을 의미하고, 그러나 이것은 도 2로부터는 좁게 보이고 그리고 도 3에서 L1 이후의 빔은 동일한 모양이다. ML1은 모든 광을 C1 상에 포커싱시킨다.More specifically, with respect to input arm 58 and with reference to FIGS. 1, 2, and 3, a single beam emerges from S1 and is aimed by L1. At this point, the beam diameter is large enough to project all of the region of C1 throughout, but the beam is still circular. The circular lenses CL1 and CL2 change the beam profile linearly, which means that the beam is no longer circular, but this looks narrow from FIG. 2 and the beams after L1 in FIG. 3 are the same shape. ML1 focuses all light onto C1.

이것은 개방 광학 해법(open optic solution)으로서 알려져 있다:This is known as an open optic solution:

Figure 112007087698728-PCT00002
광 소스(S1)는 섬유 팁을 가지며 이 섬유 팁으로부터 광은 대기로 이탈한다.
Figure 112007087698728-PCT00002
The light source S1 has a fiber tip from which light escapes to the atmosphere.

Figure 112007087698728-PCT00003
L1은 조준 렌즈(122)이고, 그래서 광 소스(51)의 섬유 팁은 광을 조준하기 위해 L1의 초점의 뒤에 위치해야만 한다.
Figure 112007087698728-PCT00003
L1 is the aiming lens 122, so the fiber tip of the light source 51 must be located behind the focal point of L1 to aim the light.

Figure 112007087698728-PCT00004
CL1, CL2는 원통형 렌즈이다. 두 렌즈 간 격리거리는 각각의 원통형 렌즈(122) 초점 길이의 합이다. 이들은 단지 한 방향에서만 빔 크기를 감소시키는 망원경으로서 동작한다. 달리 말하면, 빔의 크기는 도 3으로부터 변하지 않는다.
Figure 112007087698728-PCT00004
CL1 and CL2 are cylindrical lenses. The isolation distance between the two lenses is the sum of the focal lengths of the respective cylindrical lenses 122. They act as telescopes that reduce the beam size in only one direction. In other words, the size of the beam does not change from FIG. 3.

Figure 112007087698728-PCT00005
ML1은 마이크로 렌즈 어레이(28)이고, 이것은 많은 작은 렌즈들을 갖는다. 작은 렌즈들 각각은 C1의 각각의 섬유 입구에서 초점을 가지도록 위치된다. C1은 ML1의 초점에 위치되어야 한다. 모든 마이크로 렌즈들은 동일한 초점 길이를 가진다. C1은 선형 섬유 어레이(28)이다.
Figure 112007087698728-PCT00005
ML1 is a micro lens array 28, which has many small lenses. Each of the small lenses is positioned to have focus at each fiber inlet of C1. C1 should be located at the focal point of ML1. All micro lenses have the same focal length. C1 is a linear fiber array 28.

섬유 기반 해법(fiber based solution)으로 알려진 도 4에 도시된 바와 같은 입력 암(58)의 대안적 실시예에서:In an alternative embodiment of the input arm 58 as shown in FIG. 4, known as a fiber based solution:

광 소스(S1)는 단일 모드 섬유에 연결되고, 이것은 섬유 분할기(fiber splitter)(50:50)에 연결된다. S1.Light source S1 is connected to a single mode fiber, which is connected to a fiber splitter 50:50. S1.

제 1 섬유 분할기는 1*2이다. 1*2 섬유 분할기의 각각의 출력 단은 1*4 분할기에 연결된다. SP1.The first fiber splitter is 1 * 2. Each output stage of the 1 * 2 fiber divider is connected to a 1 * 4 divider. SP1.

1*4 분할기의 각각의 출력 단인 제 2 층은 또 다른 1*4 분할기인 제 3 층에 연결된다. SP2.The second layer, each output stage of the 1 * 4 divider, is connected to a third layer, which is another 1 * 4 divider. SP2.

제 3 층의 출력에서, 섬유의 개수는 32이다. 32 개의 섬유가 선형 섬유 어레이(28)를 형성한다. SP3.At the output of the third layer, the number of fibers is 32. 32 fibers form a linear fiber array 28. SP3.

선형 섬유 어레이(28):Linear fiber array (28):

각각의 섬유는 단일 모드 섬유이고, 이것은 서로 다른 컷오프 주파수(cutoff frequency)를 가질 수 있다. 컷오프 주파수는 광 소스(51)의 중앙 파장에 따라 다르다. 일반적으로 광 소스(51)에 대해 중앙 파장 850nm 혹은 1300nm가 사용된다. 각각의 섬유는 서로 부착되어 있고, 그래서 이들은 모두 함께 선형 섬유 어레이(28)를 형성한다.Each fiber is a single mode fiber, which can have different cutoff frequencies. The cutoff frequency depends on the central wavelength of the light source 51. In general, a central wavelength of 850 nm or 1300 nm is used for the light source 51. Each fiber is attached to each other, so they all together form a linear fiber array 28.

C1은 복수의 간섭계들에 연결된다. 각각의 간섭계들은 네 개의 섬유 암들과 광-커플러(62)로 구성된다. 각 암의 각 말단에서는, 선형 어레이(28) 섬유 커넥터(C1, C2, C3, C4)가 존재한다. 들어오는 광은 광-커플러(62)에 의해 나누어져 각각 샘플 암(59)과 기준 암(60)으로 들어간다.C1 is connected to the plurality of interferometers. Each interferometer consists of four fiber arms and an opto-coupler 62. At each end of each arm, there is a linear array 28 fiber connectors C1, C2, C3, C4. The incoming light is divided by the opto-coupler 62 and enters the sample arm 59 and the reference arm 60, respectively.

샘플 암(59)에 관하여, 이 샘플 암(59)은 도 5, 도 6, 도 7, 도 8 및 도 17에 도시된 바와 같이, 타겟 혈관으로 간다. C2는 다른 말단에서 환형인 선형 섬유 어레이(28)에 연결된다. 암의 전체 길이는 약 2m에서 3m이다. 광이 환형 팁(F)을 떠날 때, 이것은 L1에 의해 조준되고, 그 다음으로 프로브로부터 바깥쪽으로 L2에 의해 반사된다.Regarding the sample arm 59, the sample arm 59 goes to the target vessel, as shown in FIGS. 5, 6, 7, 8 and 17. C2 is connected to a linear fiber array 28 that is annular at the other end. The total length of the arm is about 2m to 3m. When light leaves the annular tip F, it is aimed by L1 and then reflected outwardly by L2 from the probe.

조직으로부터의 반사된 광은 L2와 L1으로 다시 따르고 그리고 섬유 팁에 의해 모아진다. 이후에, 샘플 암(59)과 기준 암(60)으로부터의 각각 두 개의 반사된 광은 간섭을 만들고, 이것은 검출 암에서 어레이(28) 검출기(D)에 의해 검출된다.Reflected light from the tissue follows back to L2 and L1 and is collected by the fiber tip. Thereafter, two reflected lights from the sample arm 59 and the reference arm 60 respectively create interference, which is detected by the array 28 detector D in the detection arm.

샘플 암(59)은 타겟 혈관, GI, GU, 또는 담관을 통과하도록 되어 있다. C2는 다른 말단(프로브 팁(55))에서 환형을 갖는 선형 섬유 어레이(28)에 연결된다(도 8). 샘플 암(59)의 전체 길이는 약 1.5m이다. 섬유 어레이(28)는 투명 커버(7) 물 질(예를 들어, 실리콘 수지 또는 폴리머)에 의해 몰딩된다.Sample arm 59 is adapted to pass through a target vessel, GI, GU, or bile duct. C2 is connected to a linear fiber array 28 having an annulus at the other end (probe tip 55) (FIG. 8). The total length of the sample arm 59 is about 1.5 m. The fiber array 28 is molded by the transparent cover 7 material (eg silicone resin or polymer).

도 9에 도시된 환형 프로브 팁(F)에서, 각각의 섬유가 원통형 폴리머 튜브(53)의 그루브에서 접착된다. 각각의 그루브의 모양이 도 10과 도 11에 도시된다. 각각의 그루브 말단은 축 방향에 45도 경사진 반사기(56)를 갖는다. 그루브는 마이크로 제조 기술에 의해 만들어진다. 각각의 섬유는 팁에서 렌즈(122)를 가지며, 이것은 단일 모드 섬유의 클래딩(120)의 직경과 동일 직경으로 복수모드 섬유를 스프라이싱(splicing)하고 그 다음에 곡률(curvature)을 얻기 위해 복수모드 섬유의 말단을 녹임으로써 제조될 수 있다(도 12 및 도 13). 광이 섬유 팁을 떠날 때, 광은 그루브의 말단에서 반사기(56)에 의해 밖깥쪽으로 반사되고, 그리고 그 다음에 타겟 조직 영역에서 포커싱된다. 조직으로부터의 반사된 광은 들어온 광과 동일한 경로를 다시 따르고 검출 암으로 간다.In the annular probe tip F shown in FIG. 9, each fiber is bonded in the groove of the cylindrical polymer tube 53. The shape of each groove is shown in FIGS. 10 and 11. Each groove end has a reflector 56 tilted 45 degrees in the axial direction. Grooves are made by micro fabrication techniques. Each fiber has a lens 122 at the tip, which splices the multimode fiber to the same diameter as the diameter of the cladding 120 of the single mode fiber and then multimode to obtain curvature. It can be made by melting the ends of the fibers (Figs. 12 and 13). When the light leaves the fiber tip, the light is reflected outwardly by the reflector 56 at the end of the groove and then focused in the target tissue area. Reflected light from the tissue follows the same path as the incoming light and goes to the detection arm.

마이크로머시닝(micromachining) 또는 마이크로-전자-기계 시스템(Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS) 및 나노기술은 개선된 바이오물질 및 디바이스의 개발에 대해 점점 더 인기를 얻고 있다(Macilwain C, "US plans large funding boost to support nanotechnology boom," Nature, 1999; 400:95, 이것은 참조로 본 명세서에 통합됨). 컴퓨터 마이크로칩에 대해 사용되는 제조 방법과 유사하게, MEMS 프로세스는 에칭 및/또는 물질 증착 및 포토리소그래픽-패터닝 기술을 결합하여 초소형 디바이스들을 개발한다(Madou, M., "Fundamentals of microfabrication, " CRC Press : Boca Raton, 2002, 이것은 참조로 본 명세서에 통합됨). MEMS는 작은 질량 및 체적, 저비용, 및 높은 기능성에 대해 의약 분야에서 유망한 것으로 증명 되 오고 있다. 의약 분야에서 성공적인 MEMS 디바이스는 백내장 제거를 위한 스마트 센서(smart sensor), 실리콘 뉴로웰(silicon neurowells), 유전자 및 약물 전달 그리고 DNA 어레이를 위한 현미침(microneedles)을 포함한다(Polla, D. L., Erdman, A. G., Robbins, W. P., Markus, D. T., Diaz-Diaz, J., Rizq, R., Nam, Y., Brickner, H. T., Wang, A., Krulevitch, P., "Microdevices in Medicine," Annu . Rev. Biomed . Eng ., 2000; 02:551-76; McAllister 외., 2000, 이들 모두는 참조로 본 명세서에 통합됨). 그러나, 대부분의 MEMS 프로세스는 이-차원(two-Dimension, 2D) 마이크로-특징들에 대해 사실상 평면적이고 실리콘 물질을 처리하는 데 있어 중요하다. 다른 마이크로머시닝 프로세스는 레이저 빔 마이크로머시닝(Laser Beam Micromachining, LBM), 마이크로-전기 방전 머신(micro-Electrical Discharge Machine, micro-EDM), 및 전자 빔 머시닝(Electron Beam Machining, EBM)을 포함한다(Madou, M., "Fundamentals of microfabrication," CRC Press : Boca Raton, 2002), 이것은 참조로 본 명세서에 통합됨). 금속, 금속 합금, 실리콘, 유리, 및 폴리머를 사용하는 마이크로-제조 및 마이크로-디바이스 개발은 다음과 같은 것에 의해 설명되어 있다(Chen, S. C, Cahill, D. G., 및 Grigoropoulos, C. P., "Transient Melting and Deformation in Pulsed Laser Surface Micro-modification of Ni-P Disks," J. Heat Transfer, vol. 122 (no. 1) , pp. 107-12, 2000; Kancharla, V. and Chen, S. C, "Fabrication of Biodegradable Microdevices by Laser Micromachining of Biodegradable Polymers," Biomedical Microdevices, 2002, Vol. 4(2): 105-109/ Chen, S. C, Kancharla, V., 및 Lu, Y., "Laser-based Microscale Patterning of Biodegradable Polymers for Biomedical Applications," in press, International J. Nano Technology, 2002; Zheng, W. 및 Chen, S. C, "Continuous Flow, nano-liter Scale Polymerase Chain Reaction System," Transactions of NAMRC / SME, Vol. 30, pp. 551-555, 2002; Chen, S. C, "Design and Analysis of a Heat Conduction-based, Continuous Flow, Nano-liter Scale Polymerase Chain Reaction System," BECON, 2002, 이 모든 것은 참조로 본 명세서에 통합됨).Micromachining or Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) and nanotechnology are becoming increasingly popular for the development of improved biomaterials and devices (Macilwain C, "US plans large funding boost to support nanotechnology boom, " Nature , 1999; 400: 95, which is incorporated herein by reference). Similar to the fabrication method used for computer microchips, MEMS processes combine etch and / or material deposition and photolithographic-patterning techniques to develop microdevices (Madou, M., "Fundamentals of microfabrication," CRC Press : Boca Raton , 2002, which is incorporated herein by reference). MEMS has been proven promising in the pharmaceutical field for small mass and volume, low cost, and high functionality. Successful MEMS devices in medicine include smart sensors for cataract removal, silicon neurowells, microneedles for gene and drug delivery, and DNA arrays (Polla, DL, Erdman, AG, Robbins, WP, Markus, DT, Diaz-Diaz, J., Rizq, R., Nam, Y., Brickner, HT, Wang, A., Krulevitch, P., "Microdevices in Medicine," Annu . Rev . Biomed Eng, 2000; 02: ... 551-76; McAllister et al., 2000, all of which are incorporated herein by reference). However, most MEMS processes are virtually planar for two-dimension (2D) micro-features and are important for processing silicon materials. Other micromachining processes include laser beam micromachining (LBM), micro-electrical discharge machine (micro-EDM), and electron beam machining (EBM) (Madou). , M., "Fundamentals of microfabrication," CRC Press : Boca Raton , 2002), which is incorporated herein by reference). Micro-fabrication and micro-device development using metals, metal alloys, silicon, glass, and polymers has been described by the following (Chen, S. C, Cahill, DG, and Grigoropoulos, CP, "Transient Melting and Deformation in Pulsed Laser Surface Micro-modification of Ni-P Disks, " J. Heat Transfer , vol. 122 (no. 1), pp. 107-12, 2000; Kancharla, V. and Chen, S. C, "Fabrication of Biodegradable Microdevices by Laser Micromachining of Biodegradable Polymers," Biomedical Microdevices , 2002, Vol. 4 (2): 105-109 / Chen, S. C, Kancharla, V., and Lu, Y., "Laser-based Microscale Patterning of Biodegradable Polymers for Biomedical Applications," in press, International J. Nano Technology , 2002; Zheng, W. and Chen, S. C, "Continuous Flow, nano-liter Scale Polymerase Chain Reaction System," Transactions of NAMRC / SME , Vol. 30, pp. 551-555, 2002; Chen, S. C, "Design and Analysis of a Heat Conduction-based, Continuous Flow, Nano-liter Scale Polymerase Chain Reaction System," BECON , 2002, all of which are incorporated herein by reference).

어레이(28)에 대해, 직경 1.5 mm를 갖는 스테인리스 스틸 실린더가 기초 물질(base material)로서 선택된다. 필요하다면, 혈관 애플리케이션에 대한 직경은 1.0 mm이고, GU, GI, 및 담관 애플리케이션에 대해서는 더 크고 최대 3.0 mm이다. 마이크로-그루브들(54)(또는 폭 200 미크론의 마이크로 채널들)과 반사 표면들 양쪽 모두는 마이크로-전기 방전 머시닝((micro-EDM) 또는 포거싱된 이온 머신 툴(focused ion machined tool)을 사용하는 마이크로-밀링(micro-milling)에 의해 정밀 기계가공된다. 반사 표면의 반사도를 증가시키기 위해, 스테인리스 스틸 실린더는 전자-빔 증착을 사용하여 증착 알루미늄으로 코팅된다.For array 28, a stainless steel cylinder having a diameter of 1.5 mm is selected as the base material. If necessary, the diameter for vascular applications is 1.0 mm, larger and up to 3.0 mm for GU, GI, and bile duct applications. Both micro-grooves 54 (or 200 microns wide microchannels) and reflective surfaces use micro-electric discharge machining (micro-EDM) or a focused ion machined tool. Precision machining by micro-milling To increase the reflectivity of the reflective surface, the stainless steel cylinder is coated with deposited aluminum using electron-beam deposition.

도 14에 도시된, 기준 암(60)에 관하여, 광은 커넥터(C4)를 떠난 이후에 L1에 의해 조준되고 그리고 격자(grating)(G1)에 의해 스펙트럼으로 분배되고 그리고 미러(GA1)에 포커싱된다. GA1을 진동시킴으로써, 광 경로 길이는 깊이 스캐닝을 달성하기 위해 변경된다.With respect to the reference arm 60, shown in FIG. 14, the light is aimed by L1 after leaving the connector C4 and distributed spectrum by the grating G1 and focusing on the mirror GA1. do. By vibrating GA1, the optical path length is changed to achieve depth scanning.

기존 기술을 응용하여 기준 암(60)을 만들기 위해 많은 선택사항이 존재한 다. 기준 암(60)의 매우 간단한 형태는 단지 사인파로 기능 발생기(function generator)에 의해 구동되는 음성 코일 상에 부착된 미러를 갖는다. 광은 미러에 의해 다시 반사되고 그리고 미러 위치는 광 경로 길이를 변경시킨다. 이 경로 길이 변경은 타겟 조직의 깊이 스캐닝을 제공하는데, 왜냐하면 간섭은 단지 양쪽 암들이 동일한 광 경로 길이를 가질 때에만 일어나기 때문이다. 바람직하게는, 기준 암(60)은 이 간단한 것보다 더 복잡하다. 그것은 빠른 깊이 스캐닝과 분산 보상을 제공할 수 있는 고속-스캐닝 광학 지연(Rapid-Scanning Optical Delay, RSOD)으로 불린다.There are many options for making reference arm 60 using existing techniques. A very simple form of reference arm 60 only has a mirror attached to a voice coil driven by a function generator with a sinusoidal wave. Light is reflected back by the mirror and the mirror position changes the optical path length. This path length change provides depth scanning of the target tissue because interference only occurs when both arms have the same optical path length. Preferably, the reference arm 60 is more complex than this simple one. It is called Rapid-Scanning Optical Delay (RSOD), which can provide fast depth scanning and dispersion compensation.

선형 어레이 타입 빔은 C4로부터 시작하고 그리고 L1에 의해 조준된다. 미러(M1)는 브로드밴드 소스 광을 스펙트럼으로 분배하는 격자(G1)에 빔을 반사한다. 스펙트럼으로 분배된 광은 렌즈(L2)에 의해 갈바노-스캐닝 미러(Galvono-scanning mirror)(GA1) 상에 포커싱된다. G1과 G2 간 격리거리는 섬유들에 의해 일반적으로 발생된 임의의 물질 분산이 보상될 수 있도록 색 분산도의 양을 결정한다. 스캐닝 미러 중심으로부터의 빔 오프셋은 두 개의 반사된 광들을 간섭시킨 이후에 나타나는 줄무늬 주파수(fringe frequency)를 결정한다. GA1으로부터의 반사된 광은 L2, G1으로 가고 그리고 M2로 간다. 그 다음으로, 들어온 경로를 다시 따르는 반사된 광은 C4에 다시 연결된다.The linear array type beam starts from C4 and is aimed by L1. Mirror M1 reflects the beam to grating G1 which distributes the broadband source light into the spectrum. Spectrally distributed light is focused on a Galvono-scanning mirror GA1 by lens L2. The isolation distance between G1 and G2 determines the amount of color dispersion so that any material dispersion typically generated by the fibers can be compensated. The beam offset from the scanning mirror center determines the fringe frequency that appears after interfering two reflected lights. Reflected light from GA1 goes to L2, G1 and to M2. Next, the reflected light back along the incoming path is connected back to C4.

도 15와 도 16에 도시된 바와 같이, 검출 암을 참조하면, 광은 커넥터(C3)를 떠난 이후에 L1에 의해 조준되고 그리고 원형이다. CL1과 CL2의 결합은 빔이 하나의 평면에서 (수평으로) 선형으로 보이게 한다. 마이크로-렌즈 어레이(ML1)는 광이 어레이(28) 검출기(D) 상에 포키싱하도록 한다.As shown in FIGS. 15 and 16, with reference to the detection arm, the light is aimed by L1 and is circular after leaving connector C3. The combination of CL1 and CL2 makes the beam appear linear (horizontally) in one plane. Micro-lens array ML1 allows light to be focused on array 28 detector D.

도 17, 도 19A 및 도 19B에 도시된 바와 같이, 스캐닝 프로브(50)는 스캐닝 헤드(1), 섬유-샤프트 홀더(3), 트위스트 샤프트(4), 투명한 커버(7), 가이드 와이어 홀더(2), 및 직선 운동을 위한 기구(9)로 구성된다. 이 실시예에서, 스캐닝 헤드(1)는 20 개의 광섬유들(8)을 갖는 섬유 다발을 보유하도록 적합하게 구성되고, 이 광섬유들은 병렬로 그리고 동일 간격으로 스캐닝 헤드(1) 둘레에 배열된다. 동작시, 섬유들 각각은 18도(360

Figure 112007087698728-PCT00006
÷20 = 18
Figure 112007087698728-PCT00007
)의 각도 범위를 스캔하도록 설정된다. 반사 표면들(11)이 스캐닝 헤드(1) 상에 형성되고 그리고 각각의 광섬유들(8)의 중앙 측에 대해 45도 기울어져 있으며, 그래서 이들은 섬유 다발로부터의 광을 인도하고 그리고 투명 덮개(7)를 통해 광을 인도한다.As shown in FIGS. 17, 19A and 19B, the scanning probe 50 includes a scanning head 1, a fiber-shaft holder 3, a twist shaft 4, a transparent cover 7, a guide wire holder ( 2) and a mechanism 9 for linear movement. In this embodiment, the scanning head 1 is suitably configured to hold a fiber bundle with twenty optical fibers 8, which are arranged around the scanning head 1 in parallel and at equal intervals. In operation, each of the fibers is 18 degrees (360 degrees).
Figure 112007087698728-PCT00006
÷ 20 = 18
Figure 112007087698728-PCT00007
Is set to scan the angular range. Reflective surfaces 11 are formed on the scanning head 1 and are inclined 45 degrees with respect to the central side of each of the optical fibers 8, so that they guide light from the fiber bundle and the transparent cover 7 To guide the light.

스캐닝 헤드(1)는 18도의 전후 회전(back-and forth rotation)을 제공하도록 설계된다. 전후 회전은 OCT 시스템에 의해 요구된 스캐닝 기능을 실현한다. 이 전후 회전의 기구는 아래에서 설명된다.The scanning head 1 is designed to provide 18 degrees of back-and forth rotation. The forward and backward rotation realizes the scanning function required by the OCT system. The mechanism of this forward and backward rotation is described below.

섬유-샤프트 홀더는 실질적으로 복수-튜브 구조이다. 이것은 섬유-샤프트 홀더의 중앙 축을 따라 확장하는 하나의 샤프트 채널(31) 및 섬유 샤프트 홀더 둘레에 병렬로 정렬된 20개의 섬유 채널들(32)로 형성된다. 광섬유들(8)은 각각의 섬유 채널들(32)을 통해 확장한다. 샤프트 채널(31)은 둥근 단면 영역을 갖는다. 샤프트 채널(31)의 더 위쪽 말단에서, 샤프트 채널(31)은 통로이고, 이 통로의 기하학적 형태는 둥근 단면 영역으로부터 직사각형 단면 홀(311)까지 감소 된다. 이 구조적 설계에 대한 이유는 트위스트 샤프트(4)의 설명과 함께 설명된다.The fiber-shaft holder is substantially a multi-tube structure. It is formed of one shaft channel 31 extending along the central axis of the fiber-shaft holder and 20 fiber channels 32 arranged in parallel around the fiber shaft holder. The optical fibers 8 extend through the respective fiber channels 32. The shaft channel 31 has a round cross sectional area. At the higher end of the shaft channel 31, the shaft channel 31 is a passageway, the geometry of which is reduced from the rounded cross-sectional area to the rectangular cross-sectional hole 311. The reason for this structural design is explained with the description of the twist shaft 4.

트위스트 샤프트(4)는 직사각형 단면 영역을 가지고, 이것은 섬유-샤프트 홀더(3)의 직사각형 단면 홀과 기하학적으로 동일하다. 그 이름에서 표시되는 바와 같이, 샤프트(4)는 샤프트 중앙 축을 따라 부분적으로 트위스트되어 있고 그리고 트위스트 되지 않은 부분(41)과 트위스트 부분(42)으로 나누어질 수 있다. 조립에 있어서, 샤프트(4)는 섬유-샤프트 홀더(3)의 직사각형 단면 홀을 통해 지나가고 이것은 직사각형 단면 홀을 통해 전후 슬라이딩을 가능하게 한다. 트위스트 샤프트(4) 및 직사각형 단면 홀의 표면의 상대적 운동이 전후 회전을 실현시키는 기구를 형성한다. 왜냐하면 샤프트(4)의 트위스트 부분(42)이 직사각형 단면 홀을 통해 슬라이딩할 때, 샤프트(4) 자체는, 트위스트 샤프트(4) 및 직사각형 단면 홀의 표면들 모두의 정합에 맞도록 샤프트 중앙 축을 따라 회전하도록 힘을 받기 때문이다. 특히, 샤프트(4)와 홀더(3)는 직선 운동을 회전 운동으로 전할 수 있는 기구(9)를 구성한다.The twist shaft 4 has a rectangular cross-sectional area, which is geometrically identical to the rectangular cross-sectional hole of the fiber-shaft holder 3. As indicated by its name, the shaft 4 is partially twisted along the shaft central axis and can be divided into an untwisted portion 41 and a twisted portion 42. In assembly, the shaft 4 passes through the rectangular cross-sectional hole of the fiber-shaft holder 3 which enables sliding back and forth through the rectangular cross-sectional hole. The relative motion of the twist shaft 4 and the surface of the rectangular cross-sectional hole forms a mechanism for realizing forward and backward rotation. Because when the twisted part 42 of the shaft 4 slides through the rectangular cross-sectional hole, the shaft 4 itself rotates along the shaft central axis to match the surfaces of the twist shaft 4 and the surfaces of the rectangular cross-sectional hole. For they are empowered to do so. In particular, the shaft 4 and the holder 3 constitute a mechanism 9 capable of transmitting linear motion in rotational motion.

이제 설명은 스캐닝 헤드(1)에 집중된다. 스캐닝 헤드(1)는 직사각형 소켓(12)을 가지며, 이것은 트위스트 샤프트(4)의 단면 영역과 동일한 단면 영역을 가진다. 직사각형 소켓(12)은 트위스트 샤프트(4)의 비-트위스트 부분(non-twisted part)(41)를 덮는 채널을 제공하고 그리고 비-트위스트 부분(41)이 직사각형 소켓(12) 안쪽에서 전후 운동을 하도록 한다. 샤프트(4)의 운동 범위는 트위스트 부분(42)이 (결과적으로 기하학적 부정합을 일으키게 되는) 스캐닝 헤드의 직사각형 소켓(12) 안으로 지나가지 않도록, 하지만, 트위스트 부분(42)이 단지 섬유-샤프트 홀더의 직사각형 단면 홀과 상호작용하도록 제약된다. 앞서의 설명에 따르면, 샤프 트(4)의 운동은 선형 성분(V)과 각도 성분(ω)으로 구성된다. 샤프트(4)의 비-트위스트 부분(41) 및 직사각형 소켓(12)의 기하학적 형태에 관하여, (표면들 간 마찰에도 불구하고) 샤프트 운동의 선형 성분(V)은 스캐닝 헤드(1)의 운동에 기여하지 않지만 각도 성분(ω)은 기여한다. 스캐닝 헤드(1)는 트위스트 샤프트(4)의 회전 운동으로 전후 회전하고, 이것은 또한 섬유-샤프트 홀더(3)에 대한 트위스트 샤프트(4)의 직선 전후 운동으로부터 일어난다. 결과적으로, 스캐닝 헤드(1)는 트위스트 샤프트(4)에 의해 제공되는 전후 직선 운동으로부터 전해진 전후 회전 운동을 제공한다.The description now focuses on the scanning head 1. The scanning head 1 has a rectangular socket 12, which has the same cross-sectional area as that of the twist shaft 4. The rectangular socket 12 provides a channel covering the non-twisted part 41 of the twist shaft 4, and the non-twisted part 41 performs forward and backward movement inside the rectangular socket 12. Do it. The range of motion of the shaft 4 does not allow the twisted portion 42 to pass into the rectangular socket 12 of the scanning head (which results in geometric mismatches), but the twisted portion 42 is only of the fiber-shaft holder. Constrained to interact with rectangular cross-sectional holes. According to the foregoing description, the movement of the shaft 4 consists of a linear component V and an angular component ω. With regard to the geometry of the non-twisted portion 41 of the shaft 4 and the rectangular socket 12, the linear component V of the shaft movement (in spite of friction between the surfaces) is dependent upon the movement of the scanning head 1. It does not contribute but the angular component (ω) contributes. The scanning head 1 rotates back and forth in the rotational movement of the twist shaft 4, which also arises from the straight forward and backward movement of the twist shaft 4 with respect to the fiber-shaft holder 3. As a result, the scanning head 1 provides the forward and backward rotational motion transmitted from the forward and backward linear motion provided by the twist shaft 4.

가이드 와이어 홀더(2)는 검출된 혈관, 담관, 및 가능하게는 GU 애플리케이션의 탐색되는 섹션을 향해 스캐닝 프로브(50)를 인도하는데 사용되는 모듈이다. GI 기관에 대해, 가이드 와이어는 일반적으로 사용되지 않는다. 동작시, 가이드 와이어(01), 또는 "가이드 조직"은 사람 혈관의 특정 루트를 따라 사전에 배치되고, 그래서 OCT 시스템의 스캐닝 프로브(50)에 대한 트랙이 형성될 수 있다. 가이드 와이어 홀더(2)는 가이드 와이어(01)에 의해 형성된 트랙을 따라서만 슬라이딩할 수 있도록 스캐닝 프로브(50)를 제약한다. 스캐닝 프로브(50)는 따라서 탐색될 환자 섹션으로 인도된다.The guide wire holder 2 is a module used to guide the scanning probe 50 towards the detected vessel, bile duct, and possibly the searched section of the GU application. For GI organs, guide wires are not commonly used. In operation, the guide wire 01, or “guide tissue”, is placed in advance along a particular route of human blood vessels, so that a track for the scanning probe 50 of the OCT system can be formed. The guide wire holder 2 constrains the scanning probe 50 so that it can only slide along the track formed by the guide wire 01. Scanning probe 50 is thus guided to the patient section to be searched.

가이드 와이어 홀더(2) 및 홀더(5)는 스캐닝 헤드(1)의 베어링들로서 기능한다. 이들은 스캐닝 헤드(1)의 운동을 제약하고 그리고 안정화시킨다. 또한, 압축 스프링(6)이 스캐닝 헤드(1)와 섬유-샤프트 홀더(3) 사이에 배치된다. 스프링(6)은 조립체에서 부드럽게 압축되고, 그래서 홀더(5)에 대항하여 스캐닝 헤드(1)를 밀고 그리고 결과적으로 축 위치 에러(△d)를 일으킬 수 있는 스캐닝 헤드(1)의 임의의 퍼텐셜 축 운동을 없앤다. 스프링(6)이 스캐닝 헤드(1)와 섬유-샤프트 홀더(3) 사이에 토크를 공급하는 것이 바람직하다. 스프링(6)은 스캐닝 헤드(1)와 섬유-샤프트 홀더(3) 상에 각각 고정된 양쪽의 말단을 가진다. 스프링(6)은 조립체에서 부드럽게 트위스트된다. 이러한 수단에 의해, 스프링은 전후 회전 기구에 토크를 제공할 수 있고, 그래서 회전 기구의 백래시(backlash)(예를 들어, 직사각형 단면 홀과 샤프트 간의 허용오차로 인한 것) 뿐만 아니라 결과적인 각도 위치 에러(△θ)가 제거된다.The guide wire holder 2 and the holder 5 function as bearings of the scanning head 1. These constrain and stabilize the movement of the scanning head 1. In addition, a compression spring 6 is arranged between the scanning head 1 and the fiber-shaft holder 3. The spring 6 is compressed gently in the assembly, so that any potential axis of the scanning head 1 can push the scanning head 1 against the holder 5 and consequently cause an axial position error Δd. Eliminate exercise It is preferred that the spring 6 supplies torque between the scanning head 1 and the fiber-shaft holder 3. The spring 6 has both ends fixed on the scanning head 1 and the fiber-shaft holder 3 respectively. The spring 6 is twisted gently in the assembly. By this means, the spring can provide torque to the forward and backward rotation mechanism, so that not only the backlash of the rotation mechanism (for example due to the tolerance between the rectangular cross-sectional hole and the shaft) but also the resulting angular position error (Δθ) is removed.

유의할 것으로, 샤프트 채널(31)의 단면 기하형태는 원형이다. 샤프트 채널(31)에 관하여, 트위스트 샤프트(4)는 트위스트 부분(42)의 말단에서 실린더 부분(43)으로 형성된다. 실린더 부분(43)과 샤프트 채널(31)은 피스톤과 같은 운동을 수행한다. 트위스트 샤프트(4)의 상향 운동에서, 기하학적 차이로 인해, 실린더 부분(43)은 섬유-샤프트 홀더(3)의 직사각형 단면 홀의 에지(33)에서 막히고 그리고 트위스트 샤프트(4)에 대한 상단 스토퍼(upper stopper)를 제공한다. 반면에, 하단 스토퍼(lower stopper)(34)는 하향 운동에서 실린더 부분(43)을 막기 위해 배치된다. 상단 스토퍼 및 하단 스토퍼의 기능은 트위스트 샤프트(4)의 운동을 제어하는 데 도움을 줄 뿐만 아니라 스캐닝 헤드(1)의 각 운동을 제어하는 데도 도움을 준다.It should be noted that the cross-sectional geometry of the shaft channel 31 is circular. With respect to the shaft channel 31, the twist shaft 4 is formed as a cylinder portion 43 at the end of the twist portion 42. Cylinder portion 43 and shaft channel 31 perform a piston-like movement. In the upward movement of the twist shaft 4, due to geometric differences, the cylinder part 43 is blocked at the edge 33 of the rectangular cross-sectional hole of the fiber-shaft holder 3 and the upper stopper for the twist shaft 4. stopper). On the other hand, a lower stopper 34 is arranged to prevent the cylinder portion 43 in the downward motion. The functions of the upper stopper and the lower stopper not only help to control the movement of the twist shaft 4 but also to control the angular movement of the scanning head 1.

직선 운동을 발생시키도록 트위스트 샤프트(4)를 밀고 당기는 기구에 대한 파워를 제공할 수 있는 많은 방법이 종래 기술분야에서 존재하고 있다. 그러나, 수 력, 특히 유압이 다음과 같은 장점으로 인해 바람직하다.There are many ways in the art that can provide power to the mechanism for pushing and pulling the twist shaft 4 to generate linear motion. However, hydraulic pressure, in particular hydraulic pressure, is preferred due to the following advantages.

1. 수력 선형 기구(9)에 에너지를 공급하기 위해 스캐닝 헤드(1)에 전해질 전기가 필요 없다. 전자기 시스템들(또는 더 구체적으로는 일부 마이크로-모터들)과 같은 기구들 일부는 전기 에너지 공급을 필요로 할 뿐만 아니라 추가적인 부품 예를 들어 코일 또는 자석을 필요로 하고, 이들은 전기적 에너지를 기계적 운동량으로 변환하기 위해 스캐닝 헤드(1)에 설치되는 것들이다. 의학적 문제에 있어 전기의 사용은 바람직하지 않고, 그리고 추가적인 부품의 요건은 전체 시스템의 복잡도와 제조시의 기술적 어려움을 증가시킨다. 압전성 물질을 포함하는 것들과 같은 다른 기구들 중 일부는 작은 공간과 간단한 구조로 구성될 수 있지만, 이들은 여전히 필요한 운동량을 발생시키기 위해 큰 전압을 수용할 필요가 있다.1. Electrolyte electricity is not required for the scanning head 1 to energize the hydraulic linear mechanism 9. Some instruments, such as electromagnetic systems (or more specifically some micro-motors), require an electrical energy supply as well as additional components such as coils or magnets, which convert electrical energy into mechanical momentum. These are those installed in the scanning head 1 for conversion. The use of electricity is not desirable for medical problems, and the requirement for additional components increases the overall system complexity and technical difficulties in manufacturing. Some of the other devices, such as those containing piezoelectric materials, can be constructed in small spaces and simple structures, but they still need to accommodate large voltages to generate the required momentum.

2. 수력 기구(9)는 작은 공간을 차지한다.2. The hydraulic mechanism 9 occupies a small space.

수력 기구(9)의 구조는 도 18A와 도 18B에 도시된다. 수력 기구(9)는 단순히 실린더 부분(43)과 샤프트 채널(31)로 구성된 피스톤 시스템을 밀고 당기기 위해 물과 같은 유체를 인도하는 유체 도관일 수 있다. 피스톤 시스템의 틈(gap)을 통한 누설이 결과적으로 바람직하지 않은 문제를 일으킬 수 있다는 것을 고려하여 볼 때, 수력 기구(9)는 바람직하게는 폴리머 박막에 의해 만들어지는 마이크로-풍선(91)으로 구성된다. 도 18A와 도 18B에 도시된 바와 같이, 트위스트 샤프트(4)는 풍선(91)이 평평할 때 더 낮은 위치에 있다(도 18A). 물이 피스톤 시스템 안으로 주입됨에 따라, 풍선(91)은 부풀어 오르고, 그리고 트위스트 샤프트(4)는 더 위쪽 위치를 향해 18도 스핀으로 밀린다(도 18B). 필요한 전후 운동은 마이크로-풍 선(91)의 평평한 상태와 부푼 상태를 스위칭시킴으로써 일어날 수 있다.The structure of the hydraulic mechanism 9 is shown in Figs. 18A and 18B. The hydraulic mechanism 9 may simply be a fluid conduit leading a fluid such as water to push and pull a piston system consisting of a cylinder portion 43 and a shaft channel 31. In view of the fact that leakage through the gap of the piston system can result in undesirable problems, the hydraulic mechanism 9 preferably consists of a micro-balloon 91 made by a polymer thin film. do. As shown in FIGS. 18A and 18B, the twist shaft 4 is in the lower position when the balloon 91 is flat (FIG. 18A). As water is injected into the piston system, the balloon 91 swells, and the twist shaft 4 is pushed by an 18 degree spin toward the higher position (FIG. 18B). The necessary back and forth motion can occur by switching the flat and swollen state of the micro-balloon 91.

단일 섬유 OCT 시스템에 대해, 6 회전/초(6 Hz)의 스캔 속도는 만족스러운 것이다[Andrew M. Rollins 외., "Real-time in vivo imaging of human gastrointestinal ultrastructure by use of endoscopic optical coherence tomography with a novel efficient interferometer design", OPTICS LETTERS, Vol. 24, No. 19, Oct 1, 1999, 이것은 참조로 본 명세서에 통합됨] . 이것은 이분의 일 OCT 시스템이 혈관의 단면 데이터를 나타내기 위해 적어도 6 개의 사진을 제공할 수 있다는 것을 의미한다. 스캐닝 프로브(50)는 20 개의 섬유들을 가지며, 그래서 만족스러운 스캔 속도는 0.3 Hz(6÷20 = 0.3)로 감소될 수 있으며, 이것은 휠씬 느리고 훨씬 쉬워 수력 구동 시스템에 의해 실현될 수 있다. 이상적으로는, 15 사진/초가 최적의 이미지 분해능에 대해서 요구된다.For a single fiber OCT system, a scan rate of 6 revolutions per second (6 Hz) is satisfactory [Andrew M. Rollins et al., "Real-time in vivo imaging of human gastrointestinal ultrastructure by use of endoscopic optical coherence tomography with a novel efficient interferometer design ", OPTICS LETTERS, Vol. 24, No. 19, Oct 1, 1999, which is incorporated herein by reference. This means that the half OCT system can provide at least six pictures to represent the cross-sectional data of the vessels. The scanning probe 50 has 20 fibers, so that a satisfactory scan speed can be reduced to 0.3 Hz (6 ÷ 20 = 0.3), which is much slower and much easier to be realized by a hydraulic drive system. Ideally, 15 photos / second would be required for optimal image resolution.

계속적인 회전보다 오히려, 스캐닝 프로브(50)는 전후로 동작하고, 그래서 스캐닝 헤드(1)의 각 속도는 심지어 전체 시스템이 그 정상 상태에 도달할 때에도 일정하지 않다. 동작 동안, 따라서, 스캐닝 헤드(1)의 각도를 검출하는 것뿐만 아니라 스캔된 데이터가 속한 각도 위치를 알아내는 것은 중요한 문제이다. 스캐닝 헤드(1)의 각도는 이전의 실험으로부터 획득된 기준 곡선과 펌핑 시스템의 출력 작용력을 비교함으로 간단히 어림될 수 있다. 더 정밀 검출은 광학 신호의 피드백의 분석에 의해 이루어질 수 있다. 예를 들어, 피드백 신호의 광 도플러 효과를 분석하는 것[Volker Westphal 외., "Real-time, high velocity-resolution color Doppler optical coherence tomography", OPTICS LETTERS, Vol. 27, No. 1, Jan 1, 2002, 이것은 참조로 본 명세서에 통합됨]은 또 다른 하나의 방법이다.Rather than continuous rotation, the scanning probe 50 operates back and forth, so that the angular speed of the scanning head 1 is not constant even when the entire system reaches its steady state. During operation, therefore, it is important not only to detect the angle of the scanning head 1 but also to find the angular position to which the scanned data belongs. The angle of the scanning head 1 can be approximated simply by comparing the output force of the pumping system with the reference curve obtained from the previous experiment. More precise detection can be made by analysis of the feedback of the optical signal. For example, analyzing the optical Doppler effect of the feedback signal [Volker Westphal et al., "Real-time, high velocity-resolution color Doppler optical coherence tomography", OPTICS LETTERS, Vol. 27, No. 1, Jan 1, 2002, which is incorporated herein by reference] is another method.

트위스트 샤프트(4)가 산업분야에서 공지된 정밀 CNC 머시닝에 의해 형성될 수 있다. 최소 직격 1.0mm인 얇고 둥근 샤프트가 머시닝 전에 본질적 물질(intrinsic material)로서 사용될 수 있다. 생산에 대해, 둥근 샤프트의 두 개의 말단은 클램프(clamp)되고, 그 중앙 부분은 정밀하게 밀링(milling)되고 그리고 중앙 부분 상의 네 개의 직교하는 평면이 생성된다. 이 평면은 도 20A에 도시된 바와 같이 트위스트 샤프트(4)의 직사각형 단면을 정의한다(이 단계에서는 긴 샤프트를 형성함). 밀링 이후에, 샤프트를 잡고 있는 두 개의 클램프들 중 하나는 다른 클램프에 대하여 회전되어 그 중앙 축에 관해 특정 각도로 샤프트를 트위스팅한다. 트위스트 샤프트(4)의 트위스트 부분이 형성된다.The twist shaft 4 can be formed by precision CNC machining known in the industry. Thin, round shafts with a minimum of 1.0 mm can be used as intrinsic material before machining. For production, the two ends of the round shaft are clamped, the center part of which is precisely milled and four orthogonal planes on the center part are created. This plane defines the rectangular cross section of the twist shaft 4 as shown in FIG. 20A (in this step forms an elongated shaft). After milling, one of the two clamps holding the shaft is rotated with respect to the other clamp to twist the shaft at a certain angle about its central axis. The twisted part of the twist shaft 4 is formed.

트위스팅 단계 이후에, 회전된 클램프는 샤프트의 탄성 왜곡을 없애기 위해 풀어지며(그 플라스틱 왜곡은 여전히 남아 있음), 그 다음에 클램프는 다시 조여진다. 다음 단계에서, 도 20B에 도시된 바와 같이, 샤프트는 여전히-둥근 부분의 한 면에서 다시 밀링되고, 그럼으로써 트위스트되지 않은 또 다른 직사각형 부분을 생성한다.After the twisting step, the rotated clamp is released to eliminate the elastic distortion of the shaft (the plastic distortion still remains), and then the clamp is tightened again. In the next step, as shown in Fig. 20B, the shaft is milled again on one side of the still-round portion, thereby creating another untwisted rectangular portion.

실린더 부분(피스톤으로서 역할을 함)이 샤프트의 둥근 부분으로부터 형성된다. 정밀 래더링(precise lathering)이 또한 실린더 부분의 직경 및 중앙 축을 고정시키시 위해 사용될 수 있다. 도 20C에 도시된 바와 같이, 샤프트의 단지 짧은 부분만이 필요하다. 샤프트의 과다 부분은 절단된다.The cylinder part (which serves as a piston) is formed from the rounded part of the shaft. Precise lathering can also be used to fix the diameter and central axis of the cylinder part. As shown in Figure 20C, only a short portion of the shaft is needed. The excess part of the shaft is cut off.

도 21A에 도시된 바와 같이, 섬유-샤프트 홀더(3)는 두 개의 부분 A와 B로결 합될 수 있다. 부분 A는 실제로 카테터의 몸체이다. 카테터의 단면은 도 21B에 도시된다. 카테터는 광섬유 산업분야에서 일반적으로 적용될 수 있는 케이블 압출성형 기술(cable extrusion technique)에 의해 제조될 수 있다[Optical Cable Corporation의 홈페이지 참조]. 주의할 것으로, 카테터의 중앙 채널은 이전에 언급된 구동 유체의 인도를 위한 도관이 되도록 사용된다. OCT 시스템 안쪽의 공기 압력의 균형을 맞추기 위해 프로빙 팁 안팎으로 흐르는 공기를 인도하는 데 사용되는 몇 개의 도관들이 또한 있다(동작 동안, 트위스트 샤프트(4)가 움직이는 동안 프로빙 팁 안쪽의 자유 부피는 변함). 도관의 직경은 트위스트 샤프트(4)의 실린더 부분(43)의 직경과 동일한다.As shown in FIG. 21A, the fiber-shaft holder 3 can be joined into two parts A and B. FIG. Part A is actually the body of the catheter. The cross section of the catheter is shown in FIG. 21B. The catheter can be manufactured by a cable extrusion technique that is generally applicable in the optical fiber industry (see Optical Cable Corporation's homepage). It should be noted that the central channel of the catheter is used to be the conduit for the delivery of the previously mentioned drive fluid. There are also several conduits used to guide the air flowing in and out of the probing tip to balance the air pressure inside the OCT system (during operation, the free volume inside the probing tip changes while the twist shaft 4 is moving). . The diameter of the conduits is equal to the diameter of the cylinder portion 43 of the twist shaft 4.

도 21A에서의 부분 B는 간단하게 섬유 홀딩 에지(B1)와 직사각형 중앙 통로(B2)를 갖는 평면이다. 이 부분은 산업분야에서 일반적으로 사용되는 펀칭 기술을 사용하여 금속으로부터 만들어질 수 있다. 조립에 있어서, 부분 A와 부분 B는 에폭시와 같은 접착제(glue)로 연결될 수 있다. 트위스트 샤프트(4)를 더 낮은 위치에서 제약하기 위해 필요한 하단 스토퍼는 마이크로-풍선의 형성과 함께 형성된다.Part B in FIG. 21A is simply a plane with a fiber holding edge B1 and a rectangular central passage B2. This part can be made from metal using punching techniques commonly used in the industry. In assembly, parts A and B can be connected by glue, such as epoxy. The lower stopper necessary for constraining the twist shaft 4 at the lower position is formed with the formation of the micro-balloons.

폴리머 물질(SBS와 같은 것)로의 마이크로-몰딩은 스캐닝 헤드(1)를 제조하는데 사용될 수 있다. 마이크로-몰딩의 프로세스는 마이크로-몰드들의 세트를 필요로 한다. 이 경우에, 섬유 그루브들(54)과 섬유 그루브들(54)의 말단에서의 반사 표면(11)은 18 개의 에지들로 구성되는 마이크로-몰드들의 세트에 의해 실현될 수 있고(도 22A), 그 각각은 도 6B에서 도시된 기학학적 구조를 갖는다. 또한, 중앙 직사각형 채널은 트위스트 샤프트(4)의 제조를 위한 장비에 의해 만들어진 직사각형 샤프트에 의해 몰딩될 수 있다. 조립의 편리를 위해, 스캐닝 헤드(1)는 도 22C에 도시된 기학학적 형태로 사전에 제공될 수 있다. 스캐닝 헤드(1)의 과다 부분들은 광섬유들(8)에 대한 정렬을 돕고 인도를 제공한다. UV 접착제는 광섬유들(8)의 위치를 고정시키는 데 사용될 수 있다. 스캐닝 헤드(1)의 과다 부분은 광섬유들(8)의 조립 이후에 절단된다.Micro-molding with a polymeric material (such as SBS) can be used to make the scanning head 1. The process of micro-molding requires a set of micro-moulds. In this case, the fiber grooves 54 and the reflective surface 11 at the end of the fiber grooves 54 can be realized by a set of micro-molds consisting of 18 edges (FIG. 22A), Each of them has the geometry shown in FIG. 6B. The central rectangular channel can also be molded by a rectangular shaft made by the equipment for the manufacture of the twist shaft 4. For ease of assembly, the scanning head 1 may be provided in advance in the geometric form shown in FIG. 22C. Excess portions of the scanning head 1 aid in alignment to the optical fibers 8 and provide guidance. UV adhesive can be used to fix the position of the optical fibers 8. The excess part of the scanning head 1 is cut after assembly of the optical fibers 8.

또 다른 실시예에서, 레이저 빔이 마이크로-미러(210)의 표면 상의 적어도 세 가지 다른 위치를 가열하고, 이것은 연속적으로 도23 내지 도 25에서 디스크(disk)로서 도시되어 있다. 마이크로-미러(210)는 이런 종류의 비대칭 가열 프로세스에 대응하는 와블링(wabling)을 제공하고, 그리고 입사광(가열 레이저와는 다름)은 스웨잉 방식(swaying manner)으로 방향이 바꾸어 질 수 있다.In another embodiment, the laser beam heats at least three different locations on the surface of the micro-mirror 210, which is shown continuously as a disk in FIGS. 23-25. The micro-mirror 210 provides wabling corresponding to this kind of asymmetrical heating process, and the incident light (unlike the heating laser) can be redirected in a swaying manner.

가열 프로세스는 요구된 바와 같이 마이크로-미러(210)의 회전 주기에 대응한다.The heating process corresponds to the rotation period of the micro-mirror 210 as required.

마이크로-미러(210)는 두 개의 층을 포함한다. 제 1 층(212)과 제 2 층(214)(도 23). 두 개의 층들 중 적어도 하나의 층은 레이저 광의 인가에 의해 구조적 변형(수축 또는 팽창)을 발생시킬 수 있다. 만약 양쪽 층들이 레이저 광에 의해 변형가능한 경우라면, 동일한 레이저 광에 대한 두 개의 층들의 감도는 서로에 대해 다르게 설정된다. 도 24는 마이크로-미러(210)의 투시도를 나타낸다.The micro-mirror 210 includes two layers. First layer 212 and second layer 214 (FIG. 23). At least one of the two layers may generate structural deformation (contraction or expansion) by application of laser light. If both layers are deformable by laser light, the sensitivity of the two layers to the same laser light is set differently with respect to each other. 24 shows a perspective view of the micro-mirror 210.

마이크로-미러(210)가 레이저 빔으로 조사될 때, 층들 내에는 팽창 또는 수축이 있을 수 있다. 층들 내부의 팽창 또는 수축의 정도는 서로 다르기 때문에(단 지 하나의 층이 변형되거나 또는 두 개의 층들이 서로 다른 정도로 변형됨), 전체 마이크로-미러(210)의 구조는 트위스트된다.When the micro-mirror 210 is irradiated with a laser beam, there may be expansion or contraction in the layers. Since the degree of expansion or contraction inside the layers is different (only one layer is deformed or the two layers are deformed to different degrees), the structure of the entire micro-mirror 210 is twisted.

예를 들어, 도 25에서, 파이(pie)로 표시된 섹션이 레이저 빔으로 조사될 때, 도 26에 도시된 바와 같은 변형이 발생된다.For example, in FIG. 25, when the section marked pie is irradiated with a laser beam, deformation as shown in FIG. 26 occurs.

제 1 층(212)과 제 2 층(214)의 물질은 금속 혹은 감광 폴리머일 수 있다.The materials of the first layer 212 and the second layer 214 may be metal or photosensitive polymers.

금속 층의 경우에, 예를 들어, 제 1 층(212)은 폴리실리콘이고 제 2 층(214)은 금이다. 층 내부의 팽창 또는 수축의 기구는 열 팽창이다. 금속은 레이저 빔의 에너지를 흡수하여 가열된다. 두 개의 층들의 서로 다른 열 팽창 계수로 인해, 이 구조는 트위스트되거나 구부려진다. 이것을 결과적으로 도 26에 도시된 바와 같이 미러를 변화시킨다.In the case of a metal layer, for example, the first layer 212 is polysilicon and the second layer 214 is gold. The mechanism of expansion or contraction inside the layer is thermal expansion. The metal absorbs the energy of the laser beam and heats it up. Due to the different coefficients of thermal expansion of the two layers, this structure is twisted or bent. This consequently changes the mirror as shown in FIG.

감광 폴리머, 예를 들어 액정 물질의 경우에, 층 안쪽의 팽창 혹은 수축의 기구는 물질의 위상 변화이다. 레이저 빔의 조사 하에서, 폴리머 물질의 분자들은 위상 변화를 경험하고, 여기서 물질의 화학적 구조가 변형되고 그리고 구조적 변형이 일어난다. 다음으로, 금소 층의 경우와 유사하게, 두 개의 층들의 변형의 정도는 서로 다르고, 그리고 마이크로-미러(210)의 구조에서의 뒤틀림(twisting) 또는 구부러짐 효과가 존재하고 그리고 도 26에서의 결과에 이르게 된다.In the case of photosensitive polymers, for example liquid crystal materials, the mechanism of expansion or contraction inside the layer is the phase change of the material. Under the irradiation of a laser beam, the molecules of the polymeric material undergo a phase change, where the chemical structure of the material is deformed and structural deformation takes place. Next, similar to the case of the metal layer, the degree of deformation of the two layers is different, and there is a twisting or bending effect in the structure of the micro-mirror 210 and in the result in FIG. 26. This leads to.

이 구조가 레이저 에너지의 인가에 의해 트위스트되거나 혹은 구부려질 때, 도 24에 도시된 바와 같이 미러의 표면은 특정 방향으로 타일링(tiling)될 수 있다. 따라서, 레이저 에너지 입력을 제어함으로써 마이크로-미러(210)의 방향을 제어할 수 있다.When this structure is twisted or bent by the application of laser energy, the surface of the mirror can be tiled in a particular direction as shown in FIG. Thus, the direction of the micro-mirror 210 can be controlled by controlling the laser energy input.

레이저 광의 인가를 제어하는 방법은 레이저 빔에 의해 조사될 마이크로-미러(210) 상의 위치를 선택하는 것이고 그리고 레이저의 강도를 제어하는 것이다. 이 위치를 제어함으로써, 미러의 경사 방향을 제어할 수 있고, 그리고 이 강도를 제어함으로서 마이크로-미러(210)의 경사 각도를 제어할 수 있다.A method of controlling the application of laser light is to select a location on the micro-mirror 210 to be irradiated by the laser beam and to control the intensity of the laser. By controlling this position, it is possible to control the inclination direction of the mirror, and by controlling this intensity, it is possible to control the inclination angle of the micro-mirror 210.

도 25와 도 26을 참조하면, 레이저-쪼임 위치를 계속 변경함으로써(도 27), 마이크로-미러(210)의 경사 방향은 계속 변경될 수 있다(도 28). 즉, 마이크로-미러(210)는 레이저-쪼임의 위치를 변경함으로써 회전될 수 있다.25 and 26, by continuously changing the laser-splitting position (FIG. 27), the inclination direction of the micro-mirror 210 may be continuously changed (FIG. 28). That is, the micro-mirror 210 can be rotated by changing the position of the laser-splitting.

이것이 레이저-구동 마이크로-미러(210)의 회전에 대한 매커니즘이다.This is the mechanism for the rotation of the laser-driven micro-mirror 210.

전체 OCT 시스템의 조립에 관해서(도 29), 마이크로-미러(210)는 프로브 커버의 팁 말단에 연결된 베이스(21b) 상에 장착된다. 섬유들과 미러 사이에는 오브젝트가 없다. 검출 광을 인도하는데 사용되는 섬유 1은 OCT 프로브의 다른 실시예에서 사용되는 것과 동일한 섬유이다. 검출 광은 마이크로-미러(210)의 경사 표면에 의해 방향이 바꾸어 지고, 그래서 경사진 그리고 회전하는 거울을 이용하여 주변을 스캔할 수 있다. 섬유 2는 구동-레이저 광을 인도하는데 사용된다. 도시된 바와 같이, 적어도 세 개의 섬유 2가 필요하다. 섬유 2는 교대로 레이저를 발사하고, 그래서 이들은 도 27과 도 28에 도시된 계속적인 기울어짐 효과를 발생시킬 수 있다.With regard to the assembly of the entire OCT system (FIG. 29), the micro-mirror 210 is mounted on a base 21b connected to the tip end of the probe cover. There is no object between the fibers and the mirror. Fiber 1 used to direct the detection light is the same fiber as used in other examples of OCT probes. The detection light is redirected by the inclined surface of the micro-mirror 210, so that the inclined and rotating mirror can be used to scan the surroundings. Fiber 2 is used to direct drive-laser light. As shown, at least three fibers 2 are required. Fiber 2 alternately fires the laser, so they can produce the continuous tilt effect shown in FIGS. 27 and 28.

레이저-구동 OCT 프로브의 다른 특징은 다른 실시예들에서 설명된 것들과 동일하다. 예를 들어, 섬유와 섬유 2는 섬유 샤프트 홀더(3) 내에 배치된다.Other features of the laser-driven OCT probe are the same as those described in other embodiments. For example, the fiber and the fiber 2 are disposed in the fiber shaft holder 3.

본원발명의 기술 분야에서 숙련된 기술을 갖는 자들에게는 공지된, 반도체 기술에 의한 제조 이후에, 미러는 기판(일반적으로 실리콘 기판) 상에 형성된다. 이 기판은 베이스를 형성한다. 그 다음에, 기판으로부터 미러를 운반하는 베이스부터 작은 조각이 다이서(dicer)를 이용하여 절단된다. 작은 조각이 접착제(예를 들어, 에폭시)에 의해 팁의 말단에 장착된다.After manufacture by semiconductor technology, known to those skilled in the art, the mirror is formed on a substrate (generally a silicon substrate). This substrate forms a base. Then, a small piece is cut using a dicer from the base carrying the mirror from the substrate. A small piece is mounted at the end of the tip by an adhesive (eg epoxy).

이 실시예에서는 단지 하나의 섬유 1이 검출 광을 전송하기에 충분하다. 동작 동안, 검출 레이저의 원형 스캐닝 프로파일이 실현된다. 도 30에 예시된, 이 실시예에서, 검출 레이저는 미러의 중앙에 집중되지 않는다. 대신에, 다음의 것이 일정하게 유지된다: (1) d, 미러 중앙과 검출 광의 축 사이의 거리. (2) 알파, 미러 표면과 검출 광의 축 사이의 각도. 개방-루프 시스템이 세 개의 섬유 2로부터의 레이저 파워의 주기적 변경을 적절하게 조정하도록 위치 피드백에 대해 사용되어 일정한 알파와 d를 실현한다.In this embodiment only one fiber 1 is sufficient to transmit the detection light. During operation, a circular scanning profile of the detection laser is realized. In this embodiment, illustrated in FIG. 30, the detection laser is not concentrated in the center of the mirror. Instead, the following remains constant: (1) d, the distance between the mirror center and the axis of detection light. (2) alpha, the angle between the mirror surface and the axis of detection light. An open-loop system is used for position feedback to properly adjust the periodic change in laser power from the three fibers 2 to achieve constant alpha and d.

위치 제어는 단일-섬유 2 구동보다 더 복잡하다. 특히, 마이크로-미러(210)는 섬유 2로부터 나오는 레이저 에너지에 기계적으로 응답하는 시간의 주기를 필요로 한다. 비록 섬유 2 중 어느 것이 언제 레이저 파워를 발사하는 지는 알려져 있지만, 미러 표면 정보의 정확한 방향은 확실하지 않을 수 있다.Position control is more complicated than single-fiber 2 drive. In particular, the micro-mirror 210 requires a period of time that mechanically responds to the laser energy coming from fiber 2. Although it is known which fiber 2 emits laser power, the exact direction of the mirror surface information may not be clear.

미러의 절대 위치는 실제로 필요하지 않다. 대신에, 속도-제어가 스캐닝 미러의 회전을 제어하는데 사용된다. 예를 들어, 바깥쪽으로부터 회전되는 전송 케이블에 의해 구동되는 미러의 경우에, 미러의 정확한 위치(케이블의 컴플라이언스(compliance)로 인해 케이블 전송의 지연에 의해 영향을 받을 수 있음)는 관심의 대상이 아니다. 미러의 회전 주기가 제어되어 미러의 "상대적 위치"가 알려진다. 반사된 검출 레이저로부터의 계속적인 데이터 스트림을 수신한 이후에, 혈관의 단면 이미지는 간단히 데이터 시리즈를 회전하는 주기에 정합시킴으로써 구성된다.The absolute position of the mirror is not really necessary. Instead, speed-control is used to control the rotation of the scanning mirror. For example, in the case of a mirror driven by a transmission cable rotated from the outside, the exact position of the mirror (which may be affected by the delay of the cable transmission due to the compliance of the cable) is of interest. no. The rotation period of the mirror is controlled so that the "relative position" of the mirror is known. After receiving the continuous data stream from the reflected detection laser, the cross-sectional image of the blood vessel is constructed by simply matching the data series to a period of rotation.

이 실시예에서, 동작은 유사하다. 다른 것은 마이크로-미러(210)가 회전자에 의해 구동되지 않고 세 개의 바이모프 가열-변형가능 캔틸레버 빔(bimorph heat-deformable cantilever beams)에 의해 구동된다는 것이다. 이것은 제어를 더욱 복잡하게 만든다. 만약 섬유 2 섬유들 중 단지 하나만이 한번에 발사한다면, 불가능하지 않을지라도 미러가 필요한 원형 프로파일을 스캔하는 것은 매우 다르다. 대신에, 원형 스캐닝 프로파일을 정합시키기 위해 한 번에 서로 다른 상태에서 세 개의 캔틸레버들을 구부리기 위해서, 세 개의 섬유 2가 서로 다른 파워로 함께 발사할 필요가 있다. 세 개의 캔틸레버들은 세 개의 섬유들(2)에 의해 개별적으로 구동되어 이들은 혈과의 벽 상에 원형 스캐닝 프로파일을 실현하는 특정 벤딩 패턴으로 함께 동작한다.In this embodiment, the operation is similar. The other is that the micro-mirror 210 is not driven by the rotor but by three bimorph heat-deformable cantilever beams. This makes the control more complicated. If only one of the Fiber 2 fibers fires at once, scanning the circular profile that requires a mirror is very different, if not impossible. Instead, three fibers 2 need to fire together at different powers to bend the three cantilevers in different states at once to match the circular scanning profile. The three cantilevers are driven separately by the three fibers 2 so that they work together in a specific bending pattern that realizes a circular scanning profile on the wall with the blood.

마이크로-미러(210)에 관한 대안적 실시예에서, 섬유 1과 섬유 2는 역전(reverse)되고 그래서 치료 에너지가 바람직하게는 튜브의 중앙 축을 따라 배치된 단일 섬유 2로부터 나온다. 복수의 섬유 1은 튜브의 둘레 주위에 배치된다. 마이크로-미러(210)가 섬유(2)로부터의 레이저 빔에 의해 조사될 때, 레이저 에너지는 미러가 구부러지게 한다. 레이저의 강도를 바꿈으로써 또는 레이저를 펄싱(pulsing)시킴으로써, 운동(motion)이 프로브 팁(여기에 마이크로-미러가 부착됨)을 와이어링 하는 마이크로-미러(210)에 가해져 이를 전후로 움직이게 하여 따라서 해당 환자의 내부 영역을 스캐닝하기 위한 복수의 섬유 1을 전후로 움직이게 할 수 있다.In an alternative embodiment with respect to the micro-mirror 210, fibers 1 and 2 are reversed so that the therapeutic energy is preferably from a single fiber 2 disposed along the central axis of the tube. The plurality of fibers 1 are disposed around the circumference of the tube. When the micro-mirror 210 is irradiated with a laser beam from the fiber 2, the laser energy causes the mirror to bend. By varying the intensity of the laser or by pulsing the laser, motion is applied to the micro-mirror 210 which wires the probe tip (here the micro-mirror is attached) to move it back and forth and thus The plurality of fibers 1 for scanning the interior area of the patient can be moved back and forth.

열 팽창 물질은 정상적으로 100℃의 온도 상승에 대해 ~5%의 신장(elongation)을 발생시킬 수 있다. OCT 안쪽의 물질의 길이는 본래 20 mm이고, 이것은 따라서 1 mm의 열적 신장을 발생시킬 수 있다. 감광 폴리머들과 형상 기억 폴리머를 포함하는 폴리머들은 > 100%의 광에 의해 유도된 신장 또는 수축을 발생시킬 수 있다. OCT 내부의 물질은 본래 1 mm이고, 따라서 이것은 또 다른 1 mm의 열적 신장을 발생시킬 수 있다.Thermal expansion materials can normally produce an elongation of ˜5% for a temperature rise of 100 ° C. The length of the material inside the OCT is inherently 20 mm, which can thus lead to a thermal elongation of 1 mm. Polymers, including photosensitive polymers and shape memory polymers, can cause elongation or contraction induced by> 100% of light. The material inside the OCT is inherently 1 mm, so this can give rise to another 1 mm of thermal elongation.

일반적으로:Generally:

광학 단층촬영 계기는 스펙트럼으로 분해되는 대역폭에 의해 특정될 수 있고, 이것은 스펙트럼으로 분해가능한 세포들의 개수와 등가이다. 각각의 스펙트럼으로 분해가능한 세포는 폭(δv)을 가지며, 그래서 기기에 의해 분해가능한 세포의 개수는 N기기 = △v/δv이고, 여기서 △v는 광 소스의 이용가능한 광학적 대역폭이다. 광학 단층촬영 기기가 분해할 수 있는 그룹-시간 지연의 범위는 △τ기기 = 1/δv로 주어진다. 광학 단층 기기가 분해할 수 있는 가장 작은 분해가능 그룹-시간 지연은 △τ간섭 = 1/△v이다. 광학 단층촬영 기기가 분해할 수 있는 스펙트럼으로 분해가능한 세포들의 개수는 N기기 = △τ기기/△τ간섭 로 주어진다.Optical tomography instruments can be specified by the bandwidth being resolved into the spectrum, which is equivalent to the number of cells that can be resolved into the spectrum. Each spectrum degradable cell has a width δv, so the number of cells degradable by the instrument is N instruments = Δv / δv, where Δv is the available optical bandwidth of the light source. The range of group-time delays that an optical tomography instrument can resolve is given by Δτ instrument = 1 / δv. The smallest resolution group-time delay that an optical tomography device can resolve is Δτ interference = 1 / Δv. The number of cells that can be resolved into the spectrum that can be resolved by an optical tomography device is given by N devices = Δτ device / Δτ interference .

이미지화되는 오브젝트로의 1 OCT A-스캔에 대해, 스펙트럼으로 분해가능한 셀들의 개수에 대한 요건은 NA -스캔 = △z/LC, LC ~ cg/△v이고 △z는 이미지화 깊이, LC(간섭 길이), 그리고 cg는 오브젝트 내에서의 광의 그룹 속도이다.For one OCT A-scan into the object being imaged, the requirement for the number of spectrally decomposable cells is N A -scan = Δz / L C , L C to c g / Δv and Δz is the imaging depth, L C (interference length), and c g is the group velocity of light within the object.

NA -스캔 = △τA-스캔△vN A - scan = △ τ A- scan △ v

여기서 △τA-스캔 = △z/cg는 광이 오브젝트 내에서의 가장 표면적인 위치 및 가장 깊은 위치(이미지화 될 위치)로부터 전파하기 위한 왕복 전파 시간(round-trip propagation time)이다.Where [Delta] A-scan = [Delta] z / c g is the round-trip propagation time for light to propagate from the most superficial position and the deepest position (position to be imaged) within the object.

일부 광학 단층촬영 이미지화 기기(예를 들어, 좁은 라인폭 튜닝가능 레이저 소스 또는 높은 분해능 분광기를 사용하는 것들)에 대해,For some optical tomography imaging instruments (eg, those using narrow linewidth tunable laser sources or high resolution spectroscopy),

N기기/NA -스캔 = △τ기기/△τA-스캔 = △v/δv >> 1N devices / N A - = △ τ scan unit / △ τ A- scan = △ v / δv >> 1

앞서의 조건은 세 가지 방식으로 설명될 수 있다: a) 기기에 대해 스펙트럼으로 분해가능한 셀들의 개수(N기기)는 하나의 A-스캔(NA -스캔)에 대해 요구된 것보다 훨씬 더 크다; 2) 계기가 분해할 수 있는 그룹 시간 지연의 범위(△τ기기)는 단일 A-스캔에 대한 그룹-시간 지연(△τA-스캔)보다 훨씬 더 크다; 3) 광 소스의 이용가능한 광학 대역폭(△v)은 계기의 각각의 분해가능한 셀의 스펙트럼 폭(δv)보다 훨씬 더 크다.The above condition can be described in three ways: a) The number of spectrally decomposable cells (N device ) for a device is much larger than that required for one A -scan (N A -scan ). ; 2) The range of group time delays (Δτ instrument ) that the instrument can resolve is much larger than the group-time delay (Δτ A-scan ) for a single A-scan; 3) The available optical bandwidth Δv of the light source is much larger than the spectral width δv of each resolution cell of the instrument.

기기가 하나의 A-스캔에 대해 요구된 것보다 더 많은 셀들을 분해할 수 있기 때문에, 멀티플렉싱 기술이 광학 단층촬영 이미지화 기기에 의해 제공되는 정보 운반 능력(대역폭)을 효율적으로 이용하기 위해 본 명세서에서 제공된다.Because the instrument can disassemble more cells than required for one A-scan, multiplexing techniques are used herein to efficiently utilize the information carrying capacity (bandwidth) provided by the optical tomography imaging instrument. Is provided.

이용되는 멀티플렉싱 기술의 선택 기준은 비율(N기기/NA-스캔 = △τ기기/△τA-스 캔 = △v/δv)에 의해 부분적으로 유도될 수 있다. 더 큰 비율은 가능한 멀티플렉싱 기술의 선택 폭을 더 넓히고 그리고 더 많은 후보 영역(편광, 공간, 각도, 시간)(여기로 멀티플렉싱 함)을 제공한다. 더욱이, 스펙트럼 정보를 단지 하나의 영역(예를 들어, 공간)으로 멀티플렉싱하는 것이 유일하게 예측되는 방법이 아니다. 일반적으로, 추가적인 스펙트럼 정보가 복수의 영역(예를 들어, 편광 및 공간)으로 분해될 수 있다.The selection criteria of the multiplexing technique used can be derived in part by the ratio (N devices / N A-scan = Δτ devices / Δτ A-scans = Δv / δv). Larger ratios offer more choice of possible multiplexing techniques and provide more candidate regions (polarization, space, angle, time) (multiplexing here). Moreover, multiplexing spectral information into only one region (eg, space) is not the only predicted method. In general, additional spectral information may be decomposed into a plurality of regions (eg, polarization and space).

특정 실시예:Specific embodiment:

A. 편광: 추가적인 스펙트럼 셀들은 도 31에 도시된 시스템을 사용하여 편광 영역에 정보를 기록하는데 사용될 수 있다. 푸앵카레 구면(Poincare sphere) 상에서 90

Figure 112007087698728-PCT00008
떨어진 적어도 두 개의 입사 편광 상태가 간섭계에 입력된다. 혈과 벽 또는 신경 섬유 층과 같은, 샘플로부터 반사된 광의 편광 기호(polarization signature)는, 플라크 또는 병에 걸린 신경 섬유 층과 같은, 물질의 공지된 편광 기호와 비교된다. 반사된 광과 물질(이로부터 광이 반사됨)이 그 다음에 식별된다. PCT 특허 출원 번호 PCT/US2004/012773(이것은 참조 본 명세서에 통합됨)에서 설명되는 섬유 전달 시스템이 사용될 수 있다.A. Polarization: Additional spectral cells can be used to record information in the polarization region using the system shown in FIG. 90 on Poincare sphere
Figure 112007087698728-PCT00008
At least two apart incident polarization states are input to the interferometer. The polarization signature of the light reflected from the sample, such as blood and wall or nerve fiber layers, is compared to the known polarization symbols of the material, such as plaque or diseased nerve fiber layers. Reflected light and material, from which light is reflected, are then identified. The fiber delivery system described in PCT Patent Application No. PCT / US2004 / 012773, which is incorporated herein by reference, may be used.

이러한 방법의 동작의 이론은 뮬러 메트릭스(Mueller matrices) 또는 스펙트럼으로-분해된 존스 계산법(spectrally-resolved Jones calculus)을 사용하여 설명된다. 스펙트럼 영역 광학 간섭 단층촬영(Spectral Domain Optical Coherence Tomography, SD-OCT) 계기의 검출 경로에 FOSPI를 삽입함으로써, 표본 내의 특정 깊이에서 후방산란된 광의 스토크스 파라미터(Stokes parameters)의 전체 세트가 간섭계의 기준/샘플/검출 경로 내의 다른 어떤 편광 제어 컴포넌트 없이 그리고 샘플 상에 입사하는 광의 편광 상태의 사전 정보 없이 획득될 수 있다. 이러한 구성에서, 두 개의 인자가 스펙트럼 조절을 결정한다. 하나는, 공통-경로 SDOCT에 의해 도입된, 기준 표면과 샘플 표면 사이의 광학 경로 길이 차이(△(v))이고 그리고 다른 하나는 FOSPI에서의 지연기 시스템에 의해 발생된 위상 지연(φ1(v) 및 φ2(v))이다. 따라서, 시간-지연 영역에서의 제공된 단일 채널 편광 민감 (PS)SD-OCT로부터의 출력은 FOSPI로부터의 출력과 SD-OCT로부터의 출력의 컨벌루션이다. 간섭계의 출력에서의 스토크스 파라미터는The theory of operation of this method is explained using Mueller matrices or spectrally-resolved Jones calculus. By inserting FOSPI into the detection path of a Spectral Domain Optical Coherence Tomography (SD-OCT) instrument, the entire set of Stokes parameters of backscattered light at a certain depth in the specimen is determined by the interferometer's reference. It can be obtained without any other polarization control component in the / sample / detection path and without prior information of the polarization state of the light incident on the sample. In this configuration, two factors determine spectral control. One is the optical path length difference Δ (v) between the reference surface and the sample surface, introduced by the common-path SDOCT, and the other is the phase delay φ 1 (v) generated by the retarder system at FOSPI. ) And φ2 (v)). Thus, the output from the provided single channel polarization sensitive (PS) SD-OCT in the time-delay region is the convolution of the output from FOSPI and the output from SD-OCT. The Stokes parameter at the output of the interferometer

S i = S i ,1 + S i ,2 + S i ,i S i = S i , 1 + S i , 2 + S i , i

이고, 여기서 첫 번째 두 개의 항은 각각 기준 경로와 샘플 경로로부터의 광의 스토크스 파라미터이고, 그리고 마지막 항은 간섭의 기여(contribution of interference)이다. 위상 지연(δ)과

Figure 112007087698728-PCT00009
의 각도에서 배향(oriente)된 빠른-축을 갖는 복굴절 샘플을 고려하자. 그러면, 샘플(Si ,2)과 간섭(Si ,i)으로부터의 광의 스토크스 파라미터는 기준으로부터의 광의 스토크스 파라미터의 항(S0 ,1, S1 ,1, S2 ,1, S3 ,1)으로 계산된다.Where the first two terms are Stokes parameters of light from the reference path and the sample path, respectively, and the last term is the contribution of interference. Phase delay (δ)
Figure 112007087698728-PCT00009
Consider a birefringent sample with a fast-axis oriented at the angle of. Then, the Stokes parameters of the light from the sample Si , 2 and the interference Si , i are the terms S 0 , 1 , S 1 , 1 , S 2 , 1 , S of the Stokes parameters of the light from the reference. 3, is calculated by 1).

Figure 112007087698728-PCT00010
Figure 112007087698728-PCT00010

Figure 112007087698728-PCT00011
Figure 112007087698728-PCT00011

여기서, rs는 샘플의 반사계수이고 그리고 △는 샘플 및 기준 경로 사이의 광학 경로 길이 차이이다. 여기서, △의 삼각함수를 포함하는 항들은 기준 및 샘플 경로로부터의 광 간 간섭을 나타낸다.Where r s is the reflection coefficient of the sample and Δ is the optical path length difference between the sample and the reference path. Here, the terms comprising the trigonometric function of Δ represent interference between light from the reference and sample paths.

그 다음으로, 복굴절 샘플에 대해 FOSPI를 통과하는 SDOCT로부터의 측정된 강도는 간섭 신호에 대해서 다음과 같다.Next, the measured intensities from SDOCT through FOSPI for the birefringent sample are as follows for the interfering signal.

Figure 112007087698728-PCT00012
Figure 112007087698728-PCT00012

방정식(3)의 퓨리어 변환은 각각 △, △±φ2, △±(φ2-φ1), △±(φ2+φ1)에서 집중되어 있는 양의 광학 경로 길이 차이 영역에서의 일곱 개의 성분을 제공한다. 각 성분의 역 퓨리어 변환은 다음과 같다.The Fourier transform of equation (3) provides seven components in the positive optical path length difference region concentrated in Δ, Δ ± φ2, Δ ± (φ2-φ1), and Δ ± (φ2 + φ1), respectively. . The inverse Fourier transform of each component is as follows.

Figure 112007087698728-PCT00013
Figure 112007087698728-PCT00013

Figure 112007087698728-PCT00014
Figure 112007087698728-PCT00014

Figure 112007087698728-PCT00015
Figure 112007087698728-PCT00015

Figure 112007087698728-PCT00016
Figure 112007087698728-PCT00016

위상을 -φ2만큼 시프팅함으로써 S1 ,i/8을 얻은 이후에 방정식(2)와, 방정식(4)의 실수 부분을 비교함으로써 S0 ,i/4와 방정식(5)의 실수 부분을 얻는다. 마찬가지로, S2 ,i/8과 S3 ,i/8이 각각, 방정식(6)과 방정식(7)에 대해 각각 적당한 위상 시프트 -(φ21)과 -(φ21) 이후에 방정식(6)으로부터 방정식(7)을 빼서 실수 부분을 취하고 그리고 방정식(6)과 방정식(7)을 더해서 허수 부분을 취함으로써 얻어질 수 있다. 더욱이, 간단한 산술연산으로 입사 편광 상태에 관해 몰라도 샘플의 복굴절로 인한 위상 지연(δ)을 얻을 수 있다. 방정식(4)의 실수 부분, 방정식(5)의 허수 부분, 방정식(6)으로부터 방정식(7)을 뺀 것의 허수 부분은 각각, -△, -(△+φ2), 및 -(△+φ21)만큼의 위상 시프트 이후에, 다음과 같다.After S 1 , i / 8 is obtained by shifting the phase by -φ 2 , the real part of S 0 , i / 4 and equation (5) is obtained by comparing the real part of equation (2) with equation (4). Get Similarly, S 2 , i / 8 and S 3 , i / 8 are respectively suitable phase shifts-(φ 21 ) and-(φ 2 + φ 1 ) for equations (6) and (7), respectively. It can then be obtained by subtracting equation (7) from equation (6) to take the real part and adding equation (6) and equation (7) to take the imaginary part. Furthermore, a simple arithmetic operation can obtain the phase retardation δ due to the birefringence of the sample without knowing the incident polarization state. The real part of equation (4), the imaginary part of equation (5), and the imaginary part of subtracting equation (7) from equation (6) are-△,-(Δ + φ 2 ), and-(△ + φ, respectively). After the phase shift by 21 ), it is as follows.

Figure 112007087698728-PCT00017
Figure 112007087698728-PCT00017

Figure 112007087698728-PCT00018
Figure 112007087698728-PCT00018

Figure 112007087698728-PCT00019
Figure 112007087698728-PCT00019

삼각함수 항등식을 이용하여, 다음을 얻을 수 있다.Using trigonometric identities, we obtain

Figure 112007087698728-PCT00020
Figure 112007087698728-PCT00020

복굴절로 인한 위상 지연[도 36]과 복굴절 샘플의 빠른-축 각도[도 37]는, 앞서의 방정식들을 사용함으로써, 복굴절 샘플의 후면과 유리 윈도우의 후면 사이의 간섭으로부터 예측된다. 이러한 측정에 대해, 복굴절 샘플은 0

Figure 112007087698728-PCT00021
에서 90
Figure 112007087698728-PCT00022
까지 5
Figure 112007087698728-PCT00023
증분으로 회전된다. 예측된 단일-패스 위상 지연인 34.06
Figure 112007087698728-PCT00024
± 2.68
Figure 112007087698728-PCT00025
는 제조자의 사양(31.4
Figure 112007087698728-PCT00026
)으로부터 추론된 값과 일치한다. 예측된 빠른-축 각도는 도 4(b)에 도시되어 있고 그리고 복굴절 샘플의 배향에 대하여 도시되어 있다.The phase delay due to birefringence [FIG. 36] and the fast-axis angle of the birefringent sample [FIG. 37] are predicted from the interference between the backside of the birefringent sample and the backside of the glass window by using the above equations. For these measurements, the birefringent sample is zero
Figure 112007087698728-PCT00021
From 90
Figure 112007087698728-PCT00022
Up to 5
Figure 112007087698728-PCT00023
Rotated in increments. 34.06, predicted single-pass phase delay
Figure 112007087698728-PCT00024
± 2.68
Figure 112007087698728-PCT00025
The manufacturer's specifications (31.4
Figure 112007087698728-PCT00026
Matches the value deduced from The predicted fast-axis angle is shown in Figure 4 (b) and for the orientation of the birefringent sample.

이것은 편광 멀티플렉싱의 실제적인 실현을 보여준다.This shows the practical realization of polarization multiplexing.

B. 공간 또는 측면 위치: 추가적인 스펙트럼 셀들이 아래에 표시되는 시스템을 사용하여 공간 또는 측면 위치 영역에 정보를 기록하기 위해 사용될 수 있다.B. Spatial or Lateral Positions: Additional spectral cells can be used to record information in the spatial or lateral position region using the system shown below.

1. 기존의 복수섬유 방법:(앞서 설명됨)1. Conventional multiple fiber method: (described above)

2. 공간적으로 스캔된 광:2. Spatially scanned light:

섬유-기반의 공간적으로 멀티플렉싱되고 스위프된 소스 OCT(Spatially Multiplexed Swept Source OCT, SM-SS-OCT) 시스템의 실험 장비의 도면이 PCT 특허 출원 번호 PCT/US2004/012773(이것은 참조로 본 명세서에 통합됨)에 설명된 시스템을 사용하여 도 32에 도시되며, 여기서 상부는 바람직하게는 각각의 위치에 대해 적어도 100번 회전된다.A drawing of experimental equipment of a fiber-based spatially multiplexed and swept source OCT (SM-SS-OCT) system is shown in PCT Patent Application No. PCT / US2004 / 012773, which is incorporated herein by reference. 32 is shown using the system described in wherein the top is preferably rotated at least 100 times for each position.

150 KHz에서 특정된 FWHM 스펙트럼 라인 폭을 갖는 1520-1620 nm 파장 범위 (λ0 = 1570 nm)에서 동작하는 튜닝가능 레이저 및 스펙트럼 분석기(TLSA 1000, Precision Photonics, Inc.)가 조명 소스로서 사용되고 그리고 의사 반사(spurious reflectiions)로부터 레이저를 보호하기 위해 광학 분리기(optical isolator)를 구비하고 있다. 레이저 출력은 2×2 섬유-기반의 커플러(간섭계)의 하나의 암에 연결된다. 50%-50% 커플러는 이 빔을 각각 기준 암 및 샘플 암에서 사용되는 두 개의 거의 동일한 부분으로 분할한다. 기준 암은 고정된 경로 길이를 가지고 그리고 입사되는 전체 광을 다시 섬유-기반의 커플러에 반사시키는 고정된 미러로 간단히 구성된다. 간섭계의 샘플 암에서 나가는 광은 조준되고, 그리고 스캐닝 갈바노미터(scanning galvanometer) 및 포커싱 렌즈에 의해 샘플 전체에 걸쳐 스캔된다. 스캐닝 갈바노미터와 포커싱 렌즈는 조직의 측면 위치를 빠르게 스캔하는데 사용된다. TLSA 1000은 대략 일 초 내에 하나의 완전한 파장 스위프를 완료한다. 이 시간 안에, 갈바노미터는 몇 백번 조직의 모든 측면 위치들을 스위프하도록 프로그램된다. 샘플로부터 리턴된 광은 섬유-기반의 간섭계에서 고정된 기준으로부터의 광과 간섭하고, 그리고 결과적인 스펙트럼 간섭 신호(샘플 및 기준 반사 사이의 경로 길이 변화로 인한 것)는 이 시스템의 검출 암 내에 위치된 광검출기에 의해 검출된다. 전기적 출력은 디지털화되고 그리고 각각의 A-라인 스펙트럼 데이터의 불균일 퓨리에 변환(Non-Uniform Fourier Transform, NUFT)은 샘플 반사의 깊이 프로파일을 제공한다. 도 34와 도 35는 공간적으로 멀티플렉싱된 OCT 시스템을 이용해 기록되는 100 미크론 두께 슬라이드의 이미지이다. 이 이미지는 단지 하나의 이미지(도 34)에 대해 동일 오브젝트(현미경 덮개 유리)의 것이고 샘플로부터 리턴된 광의 강도는 선형 그레이스케일(linear greyscale) 상에서 디스플레이되고 반면에 다른 이미지(도 35)에서는 강도의 로그(logarithm)에 따라 디스플레이된다.Tunable lasers and spectrum analyzers (TLSA 1000, Precision Photonics, Inc.) operating in the 1520-1620 nm wavelength range (λ 0 = 1570 nm) with a FWHM spectral line width specified at 150 KHz are used as illumination sources and are pseudo An optical isolator is provided to protect the laser from spurious reflectiions. The laser output is connected to one arm of a 2x2 fiber-based coupler (interferometer). The 50% -50% coupler splits this beam into two nearly identical parts used in the reference and sample arms, respectively. The reference arm simply consists of a fixed mirror having a fixed path length and reflecting the entire incident light back to the fiber-based coupler. Light exiting the sample arm of the interferometer is aimed and scanned throughout the sample by a scanning galvanometer and focusing lens. Scanning galvanometers and focusing lenses are used to quickly scan the lateral position of the tissue. The TLSA 1000 completes one complete wavelength sweep in approximately one second. Within this time, the galvanometer is programmed to sweep all side positions of the tissue a few hundred times. The light returned from the sample interferes with the light from the fixed reference in the fiber-based interferometer, and the resulting spectral interference signal (due to the change in path length between the sample and the reference reflection) is located within the detection arm of this system. Detected by the photodetector. The electrical output is digitized and a Non-Uniform Fourier Transform (NUFT) of each A-line spectral data provides a depth profile of sample reflections. 34 and 35 are images of 100 micron thick slides recorded using a spatially multiplexed OCT system. This image is of the same object (microscope cover glass) for only one image (FIG. 34) and the intensity of the light returned from the sample is displayed on a linear greyscale while in another image (FIG. 35) It is displayed according to the logarithm.

C. 각도: 추가적인 스펙트럼 셀들은 도 33에 표시된 시스템을 사용하여 각도 영역에 정보를 기록하는데 사용될 수 있다.C. Angle: Additional spectral cells can be used to record information in the angular area using the system shown in FIG. 33.

도 33은 복수 섬유 각도-영역 OCT 시스템을 도시한다. 주파수-스위프된 소스 A의 출력은 분할기(B)를 통해 n 개의 섬유들로 분할된다. 광은 서큘레이터(circulators)(C)를 통해 지나가고, 조준되고, 렌즈를 통해 포커싱되고, 조직에 접촉하고, 그리고 그 다음에 복수의 섬유들 중 어느 하나 안으로 반사된다. 각각의 경로에 대한 기준 반사기가 각각의 섬유 세그먼트 안으로 도입된다. 예를 들어, 기준 반사기는 각각의 섬유 세그먼트의 단자 말단에 단말에 위치될 수 있다. 각각의 i 번째 입력 섬유 세그먼트에 대해, 간섭은 조직으로부터 그리고 j 번째 섬유로 후면산란된 광과 j 번째 섬유로부터의 기준 반사 사이에 형성된다. N 개의 섬유들에 대해, N2 개의 간섭 줄무늬들이 입사 각도(

Figure 112007087698728-PCT00027
i)와 후면산란 각도(βj)에 대응하여 각각 형성된다. 그 다음에 스펙트럼 영역에서의 광 강도는 광수신기를 통해 전압으로 변환되고, 이것은 ADC 보드에 출력하고, 컴퓨터에 판독된다. 이 시스템은 표본 안팎의 이산 광 경로(discrete light paths)의 위상-민감 각도 분해 이미지화를 가능하게 한다. 공간-공간 주파수 변환(예를 들어, 이-차원 퓨리에 변환)을 사용하여 측면 구조들이 서브-파장 분해능으로 이미지화될 수 있다.33 illustrates a multiple fiber angle-domain OCT system. The output of the frequency-swept source A is split into n fibers through divider B. Light passes through circulators C, is aimed at, focused through a lens, contacts tissue, and then reflected into any of the plurality of fibers. A reference reflector for each path is introduced into each fiber segment. For example, the reference reflector may be located at the terminal at the terminal end of each fiber segment. For each i th input fiber segment, interference is formed between the light backscattered from the tissue and into the j th fiber and the reference reflection from the j th fiber. For N fibers, N 2 Interference fringes have an angle of incidence (
Figure 112007087698728-PCT00027
i ) and the backscattering angle β j are respectively formed. The light intensity in the spectral region is then converted into a voltage via a photoreceiver, which is output to the ADC board and read by a computer. This system enables phase-sensitive angular resolution imaging of discrete light paths inside and outside the specimen. Side structures can be imaged with sub-wavelength resolution using a spatial-to-space frequency transform (eg, a two-dimensional Fourier transform).

D: 공간-각도 결합(예를 들어, x 차원-공간, y 차원-각도): 공간 및 각도 차원은 공간 및 각도 양쪽 모두에 대해 추가적인 스펙트럼 셀 이미지를 사용하는 시스템을 형성하기 위해 결합 될 수 있다. 예를 들어, 추가적인 스펙트럼 셀들은 일 차원(예를 들어 x)에 위치 정보를 기록하고 그리고 직교하는 차원(y)에 각도 정보를 기록하는데 사용될 수 있다.D: Spatial-angle combining (e.g., x dimension-space, y dimension-angle): The spatial and angular dimensions can be combined to form a system using additional spectral cell images for both space and angle. . For example, additional spectral cells can be used to record position information in one dimension (eg x) and angle information in the orthogonal dimension y.

비록 본 발명이 예시 목적으로 앞서의 실시예들에서 세부적으로 설명되었지만, 이해해야하는 것으로, 이런 세부적인 것은 단지 예시적 목적을 위한 것이고 그리고 첨부되는 특허청구범위에 의해 설명될 수 있는 것 이외에도 본 발명의 사상 및 범위를 벗어남이 없이 본 발명의 기술분야에서 숙련된 기술을 갖는 자들에 의해 여러 가지 변형이 만들어질 수 있다.Although the present invention has been described in detail in the foregoing embodiments for purposes of illustration, it should be understood that such details are for illustrative purposes only and in addition to those which may be described by the appended claims. Various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope.

Claims (34)

환자용 내시경으로서,As an endoscope for patients, 광 소스와;A light source; 광을 생성하는 수단과;Means for generating light; 상기 환자 체내에 배치되도록 구성되는 복수의 광섬유들을 포함하는 광섬유 어레이와, 상기 광섬유 어레이는 상기 광 소스로부터의 광을 상기 환자에 전송하고 그리고 상기 환자로부터 상기 환자에 의해 반사된 광을 전송하고, 상기 어레이의 상기 복수의 광섬유들은 상기 광 소스와 광학적 통신을 하며; 그리고An optical fiber array comprising a plurality of optical fibers configured to be disposed in the patient body, the optical fiber array transmitting light from the light source to the patient and transmitting light reflected by the patient from the patient, and The plurality of optical fibers of the array are in optical communication with the light source; And 상기 어레이로부터의 광을 수신하고 이 광을 분석하는 검출기를 포함하여 구성되며, 상기 어레이의 상기 복수의 광섬유들은 상기 검출기와 광학적 통신을 하는 것을 특징으로 하는 환자용 내시경.And a detector for receiving light from the array and analyzing the light, wherein the plurality of optical fibers in the array are in optical communication with the detector. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 튜브를 포함하며, 상기 튜브 주위에 상기 복수의 광섬유들이 배치되는 것을 특징으로 하는 환자용 내시경.A patient endoscope comprising a tube, wherein the plurality of optical fibers are disposed around the tube. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 튜브는 상기 튜브를 따라 세로 방향으로 확장하는 그루브들을 가지며, 상기 복수의 광섬유들 중 하나는 상기 그루브들 각각에 배치되는 것을 특징으로 하 는 환자용 내시경.The tube has grooves extending longitudinally along the tube, wherein one of the plurality of optical fibers is disposed in each of the grooves. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 각각의 그루브에 배치되는 반사기를 갖는 프로브 팁을 포함하며, 상기 반사기는 상기 반사기가 상기 환자 체내에 있을 때 상기 그루브에서 상기 광섬유로부터의 광을 반사시키고 그리고 상기 어레이가 상기 환자 체내에 있을 때 상기 환자로부터 상기 광섬유로 광을 반사시키는 것을 특징으로 하는 환자용 내시경.A probe tip having a reflector disposed in each groove, the reflector reflecting light from the optical fiber in the groove when the reflector is in the patient body and when the array is in the patient body A patient endoscope for reflecting light from the optical fiber to the. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 광 소스는 튜닝가능한 레이저 소스와 그리고 상기 광 소스로부터의 광을 상기 어레이의 상기 복수의 광섬유들로 인도하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 환자용 내시경.And said light source comprises a tunable laser source and means for directing light from said light source to said plurality of optical fibers of said array. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 광섬유는 단일 모드이고, 코어를 가지며 상기 코어 주위에 클래딩이 배치되고, 그리고 그 팁에는 상기 코어로부터의 광을 상기 반사기로 포커싱하고 상기 반사기로부터의 광을 상기 코어로 포커싱하는 렌즈를 갖는 것을 특징으로 하는 환자용 내시경.The optical fiber is single mode, has a core and a cladding is disposed around the core, and at its tip has a lens for focusing light from the core to the reflector and focusing light from the reflector to the core. Endoscope for patients. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 어레이는 투명한 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자용 내시경.And said array comprises a transparent cover. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 광을 생성하는 수단은 입력 암을 포함하고, 상기 어레이는 샘플 암을 포함하고, 상기 검출기는 기준 암과 검출기 암을 포함하고; 그리고 상기 입력 암, 상기 검출기 암, 상기 샘플 암, 및 상기 기준 암은 함께 간섭계를 형성하는 것을 특징으로 하는 환자용 내시경.The means for generating light comprises an input arm, the array comprises a sample arm, and the detector comprises a reference arm and a detector arm; And the input arm, the detector arm, the sample arm, and the reference arm together form an interferometer. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 기준 암은 RSOD를 사용하여 상기 간섭계에 대한 깊이 스캔 및 분산 보상을 도입하는 것을 특징으로 하는 환자용 내시경.The reference arm using RSOD to introduce depth scan and dispersion compensation for the interferometer. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 입력 암으로부터의 광을 상기 샘플 암의 대응하는 광섬유들에 광학적으로 연결시키는 광-커플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자용 내시경.And an opto-coupler for optically coupling the light from the input arm to the corresponding optical fibers of the sample arm. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 검출기는 상기 샘플 암과 상기 기준 암의 대응하는 섬유들로부터의 반사된 광으로부터의 간섭 신호의 강도로부터 상기 환자에 대한 구조적 정보를 결정하는 것을 특징으로 하는 환자용 내시경.And the detector determines structural information for the patient from the intensity of an interference signal from reflected light from corresponding fibers of the sample arm and the reference arm. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 프로브 팁은 N 개의 광섬유들을 보유하는 스캐닝 헤드를 포함하고, 여기서 N은 2보다 크거나 2와 같은 정수인 것을 특징으로 하는 환자용 내시경.Wherein said probe tip comprises a scanning head holding N optical fibers, wherein N is an integer greater than or equal to two. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 N 개의 광섬유들은 상기 스캐닝 헤드 둘레에 병렬로 그리고 동일한 간격으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 환자용 내시경.And said N optical fibers are aligned in parallel and at equal intervals around said scanning head. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 프로브 팁은 상기 광섬유들 각각이 360/N도의 각도 범위를 스캐닝하도록 상기 스캐닝 헤드를 이동시키는 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자용 내시경.And the probe tip includes a mechanism for moving the scanning head such that each of the optical fibers scans an angular range of 360 / N degrees. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 이동시키는 기구는 상기 스캐닝 헤드가 회전하도록 하는 직선 운동에 대한 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자용 내시경.The moving instrument includes an instrument for linear motion that causes the scanning head to rotate. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 직선 운동 기구는 샤프트 채널을 갖는 섬유 샤프트 홀더와, 여기서 상 기 상기 샤프트 채널은 상기 홀더를 따라 축 방향으로 확장하고, 그리고 N 개의 섬유 채널들이 상기 샤프트 채널과 병렬로 상기 홀더 둘레에 정렬되고, 그리고 트위스팅 샤프트를 포함하며, 여기서 상기 트위스팅 샤프트가 상기 샤프트 채널 내에서 움직이고 상기 홀더가 회전할 때 상기 트위스팅 샤프트가 상기 샤프트 채널을 꼭 맞게 따르는 것을 특징으로 하는 환자용 내시경.The linear motion mechanism comprises a fiber shaft holder having a shaft channel, wherein the shaft channel extends axially along the holder, and N fiber channels are aligned around the holder in parallel with the shaft channel, And a twisting shaft, wherein the twisting shaft conforms snugly to the shaft channel as the twisting shaft moves within the shaft channel and the holder rotates. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 스캐닝 헤드는 상기 샤프트와 딱 맞으며 그리고 상기 스캐닝 헤드가 회전하도록 하는 소켓 헤드를 가지는 것을 특징으로 하는 환자용 내시경.And the scanning head is fitted with the shaft and has a socket head to allow the scanning head to rotate. 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 프로브 팁은 상기 스캐닝 프로브 상에 배치되어 가이드 와이어가 혈관, 담관 및 가능하게는 GU에 있을 때 상기 가이드 와이어를 수용하고 따르는 가이드 와이어 홀더를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자용 내시경.And the probe tip includes a guide wire holder disposed on the scanning probe to receive and follow the guide wire when the guide wire is in the vessel, bile duct and possibly GU. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 스캐닝 헤드와 상기 섬유 샤프트 홀더 사이에 배치되어 상기 샤프트가 앞으로 움직인 이후에 상기 샤프트를 다시 뒤로 움직이게 하는 스프링을 포함하는 특징으로 하는 환자용 내시경.And a spring disposed between the scanning head and the fiber shaft holder to move the shaft back after the shaft moves forward. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 광 활성 물질을 포함하며, 상기 광 활성 물질은 광이 상기 광 활성 물질에 의해 수용될 때 상기 튜브의 적어도 일부분을 변화시키는 것을 특징으로 하는 환자용 내시경.And a photoactive material, wherein said photoactive material changes at least a portion of said tube when light is received by said photoactive material. 환자의 혈관을 이미지화하는 방법으로서,As a method of imaging a patient's blood vessels, 상기 환자의 체내에서 광 소스로부터의 광을 복수의 광섬유들을 포함하는 광섬유 어레이로 전송하는 단계와;Transmitting light from a light source within the body of the patient to an optical fiber array comprising a plurality of optical fibers; 상기 환자로부터 상기 환자에 의해 반사된 광을 전송하는 단계와;Transmitting the light reflected by the patient from the patient; 검출기에서 상기 어레이로부터의 광을 수신하여 신호를 변환시키는 단계와; 그리고Receiving light from the array at a detector to convert a signal; And 상기 광 신호를 프로세싱 소자로 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 혈관을 이미지화하는 방법.Analyzing the light signal with a processing element. 제 21 항에 있어서,The method of claim 21, 상기 섬유와 관련된 대응하는 반사기로 각각의 광섬유로부터의 광을 반사시키고 그리고 반사기로 상기 환자로부터의 광을 그 관련된 섬유에 반사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 혈관을 이미지화하는 방법.Reflecting light from each optical fiber with a corresponding reflector associated with the fiber and reflecting light from the patient with the reflector with the reflector. 제 22 항에 있어서,The method of claim 22, 상기 광섬유 어레이를 포함하는 N 개의 섬유들 각각을 360/N도의 각도 범위로 움직이게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 혈관을 이미지화하는 방법.Moving each of the N fibers comprising the fiber array in an angular range of 360 / N degrees. 제 23 항에 있어서,The method of claim 23, 상기 광섬유 어레이의 상기 N 개의 광섬유들 각각이 상기 각도 범위를 움직이도록 하는 직선 운동을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 혈관을 이미지화하는 방법.Applying a linear motion such that each of the N optical fibers of the optical fiber array moves the angular range. 제 24 항에 있어서,The method of claim 24, 상기 직선 운동을 적용하는 단계는,Applying the linear motion, 섬유 샤프트 홀더가 회전하도록 하는 샤프트 채널과 병렬로 상기 홀더 둘레에 배열된 N 개의 섬유 채널들을 갖는 상기 섬유 샤프트 홀더를 따라 축 방향으로 확장하는 상기 샤프트 채널을 통해 트위스팅 샤프트를 상기 N 개의 광섬유들과 병렬로 축 방향으로 앞으로 움직이게 하는 단계를 포함하며, 상기 N 개의 광섬유들 각각은 상기 N 개의 섬유 채널들의 각각의 섬유 채널에 배치되고, 상기 트위스팅 샤프트가 상기 채널 내에서 움직일 때 상기 트위스팅 샤프트는 상기 샤프트 채널을 꼭 맞게 따르는 것을 특징으로 하는 환자의 혈관을 이미지화하는 방법.A twisting shaft with the N optical fibers through the shaft channel extending axially along the fiber shaft holder with N fiber channels arranged around the holder in parallel with the shaft channel causing the fiber shaft holder to rotate. Axially moving forward in parallel, wherein each of the N optical fibers is disposed in a respective fiber channel of the N fiber channels, and the twisting shaft is moved when the twisting shaft moves within the channel. And follow the shaft channel snugly. 제 25 항에 있어서,The method of claim 25, 가이드 와이어가 혈관, 담관 및 가능하게는 GU 내에 있을 때 가이드 와이어 홀더에 의해 수용되는 상기 가이드 와이어를 따라 상기 광섬유 어레이를 인도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 혈관을 이미지화하는 방법.Guiding the optical fiber array along the guide wire received by the guide wire holder when the guide wire is in the vessel, bile duct and possibly GU. 오브젝트를 조사하는 장치로서,Device for inspecting an object, 광을 생성하는 수단과; 그리고Means for generating light; And 상기 오브젝트로부터 반사된 광을 편광, 공간, 위치 또는 각도에 기초하여 분석하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 오브젝트를 조사하는 장치.Means for analyzing light reflected from the object based on polarization, space, position or angle. 오브젝트를 조사하는 장치로서,Device for inspecting an object, 광을 생성하는 수단과; 그리고Means for generating light; And 상기 오브젝트로부터 반사된 광을 편광에 기초하여 분석하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 오브젝트를 조사하는 장치.Means for analyzing light reflected from the object based on polarization. 오브젝트를 조사하는 장치으로서,Device for inspecting an object, 광을 생성하는 수단과; 그리고Means for generating light; And 상기 오브젝트로부터 반사된 광을 공간에 기초하여 분석하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 오브젝트를 조사하는 장치.Means for analyzing the light reflected from the object based on space. 오브젝트를 조사하는 장치로서,Device for inspecting an object, 광을 생성하는 수단과; 그리고Means for generating light; And 상기 오브젝트로부터 반사된 광을 각도에 기초하여 분석하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 오브젝트를 조사하는 장치.And means for analyzing the light reflected from the object based on an angle. 오브젝트를 조사하는 방법으로서,As a way of examining an object, 광을 생성하는 단계와; 그리고Generating light; And 상기 오브젝트로부터 반사된 광을 편광, 공간, 위치 또는 각도에 기초하여 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오브젝트를 조사하는 방법.Analyzing light reflected from the object based on polarization, space, position or angle. 오브젝트를 조사하는 방법으로서,As a way of examining an object, 광을 생성하는 단계와; 그리고Generating light; And 상기 오브젝트로부터 반사된 광을 편광에 기초하여 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오브젝트를 조사하는 방법.Analyzing light reflected from the object based on polarization. 오브젝트를 조사하는 방법으로서,As a way of examining an object, 광을 생성하는 단계와; 그리고Generating light; And 상기 오브젝트로부터 반사된 광을 공간에 기초하여 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오브젝트를 조사하는 방법.Analyzing light reflected from the object based on space. 오브젝트를 조사하는 방법으로서,As a way of examining an object, 광을 생성하는 단계와; 그리고Generating light; And 상기 오브젝트로부터 반사된 광을 각도에 기초하여 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오브젝트를 조사하는 방법.Analyzing light reflected from the object based on an angle.
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